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目的

　　預應(yīng)力錨索錨固技術(shù)已在地下巷道支護工程中得到大面積推廣應(yīng)用，然而，預應(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)地研究錨索的支護作用機理、分析錨索的傳力機制，以及在巷道圍巖中形成的應(yīng)力場（錨索預應(yīng)力場）分布特征，本文采用三維數(shù)值軟件FLAC3D進行錨索支護作用的數(shù)值模擬，研究錨索長度、間距、排距、安裝角度、預緊力大小與鋼梁構(gòu)件因素對錨索預應(yīng)力場分布的影響。

方法

　　采用三維有限差分軟件FLAC3D開展預應(yīng)力錨索支護作用的數(shù)值模擬試驗，設(shè)計5類影響因素，包含27組模擬方案（錨索預緊力分別設(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參數(shù)（長度、間距、排距、安裝角度、預緊力大小與鋼梁構(gòu)件）對圍巖體加固效應(yīng)的預應(yīng)力場分布特征。

結(jié)果

　　(1) 錨索預緊力比較小時，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) 當預應(yīng)力一定時，短錨索的主動支護作用要優(yōu)于長錨索；通過提高錨索預應(yīng)力，可適當減小錨索長度；錨索越長，要求施加的預應(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”形的整體支護結(jié)構(gòu)，錨索預應(yīng)力及主動支護作用擴散到大部分錨固區(qū)域。(4) 頂板錨索安設(shè)角度對預應(yīng)力場分布有顯著影響。錨索垂直布置時，預應(yīng)力擴散與疊加效果最好。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大。

結(jié)論

　　提出錨索預應(yīng)力場的概念，基于零原巖應(yīng)力場的錨索預應(yīng)力場模擬分析方法，可詳細地計算分析錨索預應(yīng)力及其它參數(shù)對預應(yīng)力場的影響、分布特征與規(guī)律。提高錨索預緊力、增加支護密度和垂直煤層布置可顯著增大預應(yīng)力場擴散范圍、增強其對圍巖的加固效應(yīng)。根據(jù)目前錨索預應(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)件實現(xiàn)了錨索預應(yīng)力的有效擴散，顯著提高了對錨索之間圍巖的支護作用。