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目的

　　預(yù)應(yīng)力錨索錨固技術(shù)已在地下巷道支護(hù)工程中得到大面積推廣應(yīng)用，然而，預(yù)應(yīng)力錨索對圍巖體的加固效應(yīng)并未得到深入研究。為了更全面、系統(tǒng)地研究錨索的支護(hù)作用機(jī)理、分析錨索的傳力機(jī)制，以及在巷道圍巖中形成的應(yīng)力場（錨索預(yù)應(yīng)力場）分布特征，本文采用三維數(shù)值軟件FLAC3D進(jìn)行錨索支護(hù)作用的數(shù)值模擬，研究錨索長度、間距、排距、安裝角度、預(yù)緊力大小與鋼梁構(gòu)件因素對錨索預(yù)應(yīng)力場分布的影響。

方法

　　采用三維有限差分軟件FLAC3D開展預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)作用的數(shù)值模擬試驗(yàn)，設(shè)計(jì)5類影響因素，包含27組模擬方案（錨索預(yù)緊力分別設(shè)為50，100 ，150 ，200 ，250， 300 kN；長度分別為4，5，6，7，8，10 m；每排錨索數(shù)為1，2，3，4根；排距分別為1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 m；錨索與垂線的角度分別為0°，5°，10°，15°，20°，30°），研究不同錨索幾何與力學(xué)參數(shù)（長度、間距、排距、安裝角度、預(yù)緊力大小與鋼梁構(gòu)件）對圍巖體加固效應(yīng)的預(yù)應(yīng)力場分布特征。

結(jié)果

　　(1) 錨索預(yù)緊力比較小時，錨索引起的壓應(yīng)力小，有效壓應(yīng)力區(qū)小，分布孤立；錨索預(yù)緊力比較大時，錨索產(chǎn)生的壓應(yīng)力大，在錨索自由段長度范圍內(nèi)，形成了相互連接成一片的、疊加的有效壓應(yīng)力區(qū)。(2) 當(dāng)預(yù)應(yīng)力一定時，短錨索的主動支護(hù)作用要優(yōu)于長錨索；通過提高錨索預(yù)應(yīng)力，可適當(dāng)減小錨索長度；錨索越長，要求施加的預(yù)應(yīng)力越大。(3) 單根錨索在其周圍形成了類似“心”形的壓應(yīng)力分布區(qū)域；隨著錨索密度增加，各單根錨索形成的壓應(yīng)力區(qū)逐漸靠近、相互疊加，錨索之間的有效壓應(yīng)力區(qū)擴(kuò)大，并連成一體，近零應(yīng)力區(qū)逐漸消失，形成類似“鼓”形的整體支護(hù)結(jié)構(gòu)，錨索預(yù)應(yīng)力及主動支護(hù)作用擴(kuò)散到大部分錨固區(qū)域。(4) 頂板錨索安設(shè)角度對預(yù)應(yīng)力場分布有顯著影響。錨索垂直布置時，預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散與疊加效果最好。隨著錨索安設(shè)角度增加，每根錨索形成的有效壓應(yīng)力區(qū)逐步減小、分離，疊加區(qū)域越來越小。在近水平煤層巷道中，頂板錨索最好垂直布置。(5) 錨索組合鋼梁使預(yù)緊力在巷道表面形成的有效壓應(yīng)力區(qū)在沿組合構(gòu)件長度方向上顯著擴(kuò)大。

結(jié)論

　　提出錨索預(yù)應(yīng)力場的概念，基于零原巖應(yīng)力場的錨索預(yù)應(yīng)力場模擬分析方法，可詳細(xì)地計(jì)算分析錨索預(yù)應(yīng)力及其它參數(shù)對預(yù)應(yīng)力場的影響、分布特征與規(guī)律。提高錨索預(yù)緊力、增加支護(hù)密度和垂直煤層布置可顯著增大預(yù)應(yīng)力場擴(kuò)散范圍、增強(qiáng)其對圍巖的加固效應(yīng)。根據(jù)目前錨索預(yù)應(yīng)力施加水平，錨索不宜過長，選擇在4～6 m比較合理。組合構(gòu)件實(shí)現(xiàn)了錨索預(yù)應(yīng)力的有效擴(kuò)散，顯著提高了對錨索之間圍巖的支護(hù)作用。