深井巷道锚杆锚固系统动静组合受力特性

The rock bolt is the basic member in all sorts of supports for the deep drifts. Dynamic disturbances induced by rock burst and blasting, etc., will bring damages to the supports of the deep drifts. Such dynamic damages are essentially caused by these dynamic responses associated with the rock pressure. Therefore, these damages are the results of dynamic-static coupling loading. And thus, the mechanical characteristic of the rock bolt anchoring system under dynamic-static coupling loading is a fundamental problem for the stability control of the deep drift. The main contents of the study include: the failure process and failure modes of the rock bolt anchoring system under dynamic-static coupling loading, bond stress distribution in spatial and temporal expression, bond-slip behaviors and the influences of initial stress state of surrounding rock, initial static load level and load frequency, etc. on them. The failure mechanism will be explored and bond-slip model will be developed. Based on the test results and theoretical analyses, numerical simulation on mechanical characteristics of rock bolt anchoring system under dynamic-static coupling loading will be conducted and also the field tests will be carried out. This research will supply the theory gist for the stability control of the deep drift and provide references for the support design of the deep drifts.

锚杆是深部巷道支护中广泛采用的一个基本受力构件。冲击地压和放炮等产生的动力扰动会诱发深部巷道支护结构的损伤破坏，其实质是在围岩静力作用的基础上，由附加的动力效应所引起，是动静组合荷载作用的结果。因此，锚杆锚固系统的动静组合受力特性是关于深部巷道稳定性的重要科学问题。本项目研究动静组合荷载作用下深部巷道锚杆锚固系统的破坏过程及破坏模式，界面粘结应力的分布及时程演变规律，粘结-滑移特征及其围岩应力状态、初始静载水平和动载频率等参数的影响；深入揭示动静组合荷载作用下深部巷道锚杆锚固系统的破坏机理；建立其粘结-滑移力学模型；在试验和理论分析的基础上，对深部巷道锚杆锚固系统在动静组合荷载作用下的力学特性展开数值模拟，并展开现场试验。本项目的研究为深部巷道的稳定技术提供理论依据，为其支护设计提供参考。

锚杆是巷道围岩控制中广泛采用的一个基本受力构件。在深部矿井，冲击地压和放炮等产生的动力扰动会诱发支护结构的损伤破坏，其本质是在围岩静力作用的基础上，叠加动力效应所引起，是动力和静力共同作用的结果。是影响深部巷道稳定性的基础科学问题。项目依次为背景，采用室内试验和数值计算相结合的方法，分析了动静组合荷载作用下深部巷道锚杆-围岩系统的破坏机理。结果发现围岩应力、初始静载水平和锚固长度对锚固体的损伤破坏具有明显的影响，而在一定范围内，频率的影响并不明显。动载作用下锚固体的界面粘结强度最低，静载作用下锚固体界面的粘结强度居中，动静组合荷载作用下锚固体界面的粘结强度最高，且随着初始静载水平的增加而增加。围岩应力、初始静载水平及锚固长度也是应力锚固体应力分布规律的重要因素。随着初始静载水平的增加，界面粘结应力越大，向自由端传递的距离越远。当拉拔荷载比较大的情况下，围岩应力对界面粘结应力几乎没有任何影响。随着循环次数的增加，锚固体端部的粘结应力程减小趋势，损伤逐步向自由端传递。在试验的基础上，建立锚固体的数值计算模型，分析发现锚固体有三种破坏模式：砂浆劈裂，界面脱粘及其两者的耦合。存在一个界面应力控制着锚固体的破坏模式。随着界面粘接强度的增加，破坏模式从界面脱粘向砂浆劈裂过度。在试验和数值分析的基础上，建立了锚固体的力学模型。本项目的研究为深部巷道的稳定技术提供理论依据，为其支护设计提供参考。