软岩巷道锚杆锚固界面剪切流变特性研究

United load bearing structure can be formed by the interaction of capsule resin and the rock mass within the anchor scope, which will facilitate the roadway stability. The long-term mechanic performance of bolt anchor interface plays a vital role in the support system stability. A large number of study results prove that shear failure formed between anchorage interfaces is the primary form of anchor system failure. Therefore, studying on the shear rheological behavior of bolt anchor interface will have great significance in theoretical study and practical applications in soft rock roadway. Based on rheological mechanics, elastic-plastic mechanics and other theory, the project studied the shear properties of soft rock of various lithology with laboratory experiment、field test and numerical simulation, which established the foundation for shear rheological behavior; the shear rheological behavior of bolts -binder-surrounding rock interface was studied under various lithology, and obtained the regulation of shear stress ,shear strain and shear displacement changing with the time and the corresponding distribution regulation on the anchor interface; the distribution and changing regulation of bolt anchor axial force in shear rheological process and the distributing and evolving features of shear stress and shear strain on bolts -binder-surrounding rock interface distribution were studied under drawing load of different level; the constituted model of bolt anchor interface shear rheological was built. The results of the study will lay a foundation for the research of bolt anchor of rock mass rheological mechanism.

锚杆通过锚固剂与锚固范围内的岩体相互作用，形成统一的承载结构，促使巷道稳定。锚杆锚固界面的长期力学特性决定整个支护系统的稳定性。大量的研究表明，锚杆锚固界面上的剪切破坏是锚固系统失效的主要形式，因此，进行软岩巷道锚杆锚固界面剪切流变特性研究，对指导软岩巷道安全支护设计具有重要的理论和实用意义。项目研究以实验室试验、现场试验和数值模拟试验为手段，以流变力学、弹塑性力学等为理论基础，研究不同岩性软岩的剪切特性，为剪切流变特性的研究奠定基础；研究不同岩性围岩-锚固剂-锚杆界面剪切流变特性，获得剪切应力以及剪切应变、剪切位移随时间的变化规律及其在锚固界面上的分布规律；研究不同岩性条件下锚杆轴力在剪切流变过程中的分布及变化规律以及锚杆-锚固剂-围岩界面的剪切应力、剪切应变的分布演化特征；建立起锚杆锚固界面剪切流变的本构模型。研究结果将为岩体锚固流变机理的研究奠定基础。

锚杆锚固结构由岩体、粘结材料、锚杆三种介质和两个粘结界面组成，由五个要素组成的锚固结构的力学性质决定了系统的稳定性。在岩体与粘结材料界面、粘结材料与锚杆界面之间存在着复杂的力学传递特性。.项目研究了锚杆与锚固剂界面的流变特性和力学分布及传递规律。研究表明，锚杆与锚固剂界面的应力在轴向方向呈现不均匀分布，界面的轴向应力和剪应力分布曲线基本一致；锚固体第一界面在未达到极限强度以前，蠕变过程主要表现为弹性变形、初始蠕变和稳定蠕变三个过程；锚杆—锚固剂界面蠕变情况与锚固体荷载等级和距孔口距离有关，锚固界面在靠近孔口端位置变形最大，并随着锚固深度的递增而迅速降低；荷载等级越大，锚固界面蠕变变形量越大。锚固体第一界面蠕变变形情况受多方面因素的影响，荷载等级是最根本的影响因素；合理的孔径比不仅能够保证锚固界面力的合理传递，也能有效降低锚固界面的蠕变变形量；增加锚固剂的粘结强度也能够较好地降低锚固界面的蠕变变形，从而提升整个锚固体的稳定性。.研究了锚固体锚固剂-围岩界面的应力分布规律以及界面长期的流变特征。研究结果表明，拉拔条件下，锚固体锚固剂-围岩界面的剪应力沿轴向呈非均匀分布，从锚固尾部至端部呈现出先逐渐增大至峰值剪应力，然后逐渐减小的趋势，且峰值前剪应力增加速率比峰值后的剪应力衰减速率大。围岩强度等级越大，界面剪应力分布越集中；达到稳定蠕变阶段的变形量随着围岩强度的减小而增大，界面剪应力的峰值位置随着拉拔荷载的增大逐渐远离孔口。锚固体位移达到稳定蠕变阶段的时间随着围岩强度的增大而较少，达到稳定蠕变阶段的位移随着围岩强度的增大而减小。拟合出了描述锚固体锚固剂-围岩界面长期流变特性曲线，相关系数在0.99左右。.研究结果将为解决深部巷道的支护问题提供有效途径，对指导深井巷道安全支护设计具有重要的理论和实用意义。