預應力錨索不同錨固長度對錨索及巖體的影響

2013-08-14 05:28:02鐘連江

河南科技 2013年7期

鐘連江

(貴州省煤礦設計研究院，貴州貴陽 550025)

預應力錨索是巷道支護常用的形式，但預應力錨索取的參數不同會達到不同的支護效果。為了研究預應力錨索在自由段長度不變的情況下，不同錨固段長度對巷道支護效果的影響，本文采用Flac3D模擬研究了不同錨固長度對圍巖和錨索本身的變化規律。本文采取在自由段長度不變的情況下，改變錨固段的長度的方法研究預應力錨索長度對支護的影響。其中自由段長度為現場使用錨索時的自由段長度;錨固段長度的變化規律為：從0.2m開始以0.2m的步距增加至3.0m共15種，即需要做15次運算，總結出自由段長度不變的情況下，錨索、錨固劑及周圍巖體隨著錨固段長度的變化規律。

1 數值模型

為了研究在自由段長度不變的情況下，錨索、錨固劑及周圍巖體隨著錨固段長度的變化規律，結合現場實際情況，建立如下模型：尺寸：66 ×10 ×1m，巷道斷面：3.2m ×2.4m，巷道位于模型中心位置。錨桿長 L=2.0m，直徑 Φ18mm，間排距0.7m，錨索長度 L=6m，直徑 Φ15.24mm，間排距為2.1m。

模型的底邊界固定，即水平位移u=0，垂直位移v=0，w=0;左右邊界 u=0，v≠0，w≠0;前后邊界 u≠0，v=0，w≠0;上邊界不約束位移，為自由邊界。模型上部邊界以上的巖層的重量以外載荷的形式施加在模型的上邊界。

數值模擬采用的巖體力學參數見表1。

表1 圍巖力學參數

2 不同的錨固長度對錨索及巖體的影響

本文根據數值模擬結果，分析了預應力錨索軸力、錨索軸向應力、錨固劑應力、錨固劑位移以及錨索周圍巖體的力學特征在不同錨固段長度下的變化規律。數值模擬結果如圖1～8所示。

圖1 不同錨固長度下的錨索軸力

圖2 錨索軸力隨著錨固段長度的變化曲線

圖1為預應力錨索在錨固段長度不同的條件下，從錨固起始點開始至錨索端點內各測點的錨索軸力值。由圖可知，在不同的錨固段長度下，錨索軸力變化趨勢基本一致，均從錨固起始點開始隨著至錨索端點距離的增加逐漸減小。

圖2為預應力錨索錨固起始點的錨索軸力、錨索內端點錨索軸力在不同的錨固段長度下的變化曲線。由圖可知，錨固起始點錨索軸力隨著錨固段長度的增加呈現先增加后平穩的變化規律。當錨固段長度增加至0.6～0.8 m時，錨固起始點錨索軸力不再隨錨固段長度的增加而增加;錨索內端點錨索軸力隨著錨固段長度的增加呈現先減小后趨近于0的變化規律。當錨固段長度增加至0.8～1 m時，錨索內端點錨索軸力基本不變化，隨著錨固段長度的增加，錨索內端點錨索軸力趨近于0。

圖3 不同錨固長度下錨固劑應力

圖4 錨固劑應力隨錨固段長度的變化曲線

圖3為在不同的錨固長度下各測點的錨固劑應力變化曲線。由圖可知，在不同的錨固段長度下，各測點的錨固劑應力變化規律基本一致。從錨固起始點開始增加至一峰值，然后逐漸減小，趨于穩定。

圖4是在不同錨固段長度下，錨固劑應力的變化曲線。由圖可知，隨著錨固段長度的增加，錨固起始點錨固劑應力逐漸減小，當錨固段長度大于0.8～1 m時，錨固起始點錨固劑應力基本無變化;隨著錨固段長度的增加，錨索內端點錨固劑應力逐漸減小，當錨固段長度大于1 m小于1.8 m時，錨索內端點錨固劑應力趨于一穩定值，當錨固段長度為1.8～2 m時，錨索內端點錨固劑應力明顯減小，隨著錨固段長度的增加，錨索內端點錨固劑應力趨于穩定并逐漸減至0;隨著錨固段長度的增加，錨固劑應力峰值點的應力逐漸減小，當錨固段長度大于1 m小于1.8 m時，峰值點的應力變化很小，當錨固段長度為1.8m～2 m時，峰值點的應力減小明顯，之后隨著錨固段長度的增加，峰值點的應力基本無變化。

圖5 不同錨固長度下錨固劑位移

圖6 錨固劑位移隨錨固段長度的變化曲線

圖5為不同錨固段長度下，各錨固段內錨固劑位移變化曲線，由圖可知，各錨固段內錨固劑位移在不同的錨固長度下變化規律基本一致。從錨固起始點開始隨著距錨固起始點距離的增加逐漸減小，減小至一穩定值時趨于穩定，變化很小。

圖6為不同錨固段長度下，錨固劑位移變化曲線。由圖可知，錨固劑位移隨著錨固段長度的增加呈現逐漸減小，隨后趨于一穩定值的變化規律。不同之處是錨固起始點錨固劑位移隨著錨固段長度的增加逐漸減小并趨于穩定，而錨索內端點錨固劑位移隨著錨固段長度的增加出現2次減小并趨于穩定的變化規律，當錨固段長度大于1 m小于1.8 m時，錨固劑位移基本無變化，當錨固段長度為1.8～2 m時，錨固劑位移減小較大，隨著錨固段長度的繼續增加，錨固劑位移基本無變化，趨近于0。