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锚杆支护现已成为煤矿巷道支护的主要手段。近些年来,由于巷道地质条件复杂导致的锚杆支护失效现象时有发生。由于巷道围岩变形将会在锚杆杆体上产生力的作用,此时杆体主要受到轴应力和剪应力作用。锚杆轴力分布特点直接反映了锚固系统所处的状态,即锚固系统的弹性和弹塑性受力状态。本论文将通过拉拔实验对锚杆拉拔过程中的轴力分布开展研究。
本文首先在前人的研究成果基础上,通过理论分析给出了锚杆端部在集中载荷和分布载荷作用下的锚杆沿全长的轴应力和剪应力分布,然后在实验室利用相似模拟实验来模拟锚杆支护。通过光纤光栅检测技术对锚杆的拉拔试验过程中杆体的受力情况进行测试,能够测得锚杆拉拔时的杆体上各光栅点波长变化情况,从而得出锚杆工作时的轴力分布规律。本文完成了相似材料弹性模量测定实验、普通拉拔锚杆轴力测试实验、带有锚固剂的锚杆拉拔实验和对周围锚杆影响特性实验。
通过光纤光栅系统对拉拔实验中锚杆杆体受力进行全过程监测,得出锚杆在受拉拔力较小的情况下,锚杆轴力是沿锚固深度逐渐减小的;当拉拔力较大时,锚杆锚固端头位置轴力将不是最大点,锚杆轴力最大点将逐渐向锚杆远端转移,并根据这一结论,对该现象进行了理论分析,从而得出本论文拉拔实验锚固系统的破坏是锚固剂的断裂破坏。
本论文通过相似模拟实验深入研究了锚固状态下的锚杆工作机理,通过对轴力的分析给出了判断锚固系统发生破坏的方法,对现场锚杆支护监测具有重要的指导意义。