【正文】 L 范圍內(nèi)，錨桿受力處于良好狀態(tài)，且發(fā)揮良好的支護(hù)作用效果，錨桿變形值小于或等于錨桿有效長(zhǎng)度的 5%時(shí)，即安全可靠，否則結(jié)構(gòu)體則處于臨界或破壞狀態(tài)。 表達(dá)式為 : a=5% L 式中 :a— 變形警戒值 。 (3)許用變形值 — 警戒值確定從上述錨桿受力狀態(tài)和變形狀態(tài)分析來看，錨桿處于彈性階段是最安全可靠，但此狀態(tài)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)體變形 (小于 5m)特征來講是不太可能的，因?yàn)橹ёo(hù)結(jié)構(gòu)體是離散破碎圍巖，變形量在幾十至幾百毫米，而當(dāng)錨桿處于極限受力狀態(tài)，錨桿伸長(zhǎng)率達(dá)到 10%時(shí)，錨桿又處于臨界破壞狀態(tài)。而錨桿的最終破壞原因可總結(jié)為錨桿本身的變形量超出了許用變形值而產(chǎn)生拉斷失效。其原因有 : (1)支護(hù)結(jié)構(gòu)體的強(qiáng)度為產(chǎn)生塑性狀態(tài)區(qū)的殘余強(qiáng)度，支護(hù)結(jié)構(gòu)體一般呈塊狀離散性破碎狀態(tài)，其強(qiáng)度來自于塊體之間的嚙合和摩擦。 巖體變形破壞的最大變形研究方法 目前，評(píng)價(jià)支護(hù)結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性一般延用材料力學(xué)所涉及的強(qiáng)度準(zhǔn)則，而且以強(qiáng)度評(píng)價(jià)為主。錨桿的作用效果主要在于通過預(yù)緊力提高圍巖本身強(qiáng)度，支護(hù)結(jié)構(gòu)體的主要承載能力由錨固圍巖來承擔(dān)。當(dāng)桿體處于塑性狀態(tài)達(dá)到極限強(qiáng)度時(shí)，伸長(zhǎng)率為 10%左右，此時(shí)錨桿桿體處于最大受力狀態(tài) 東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 而面臨拉斷失效，也就是說，對(duì)于錨桿來講，其允許的最大拉長(zhǎng)量應(yīng)在 %一 10%倍的錨桿長(zhǎng)度范圍內(nèi)，超出這個(gè)范圍錨桿將被拉斷失效。 破壞形式 (3):頂板表面局部危石冒落 這種現(xiàn)象常見于頂板圍巖較破碎狀態(tài)，由于頂板圍巖破碎，圍巖整體性較差，單個(gè)錨桿支護(hù)后形成的有效錨固范圍半徑較小，圍巖局部表面未形成擠壓鑲合或圍巖變形較大產(chǎn)生裂隙貫通，而產(chǎn)生局部圍巖冒落。但實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)證明現(xiàn)在常用錨桿在正常情況下其桿體拉斷都早與錨固劑破裂失效、錨桿與錨固劑的粘結(jié)面破裂失效、錨固劑與巖石的粘結(jié)面破裂失效這幾種原因現(xiàn)象發(fā)生前所以以下是在基于錨固劑不會(huì)失效的前提下對(duì)錨桿結(jié)構(gòu)體的破壞進(jìn)行討論。 (4)梁的破壞一般表現(xiàn)為梁的中間彎曲破壞和巖梁兩端的剪斷而使塊狀之間沿原節(jié)理裂隙滑移產(chǎn)生垮落破壞?？梢杂缅^桿將部分基本塊體組合成一起，使錨固后的組合巖塊形成多鉸拱結(jié)構(gòu)，如圖 3一 6所示。由于塊體間有摩擦力，跨度中央將率先位移，引起塊體轉(zhuǎn)動(dòng)，使兩個(gè)塊體形成 東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 一個(gè)三鉸拱結(jié)構(gòu)。因此，在塊狀巖體中，當(dāng)臨空面很長(zhǎng)時(shí)，不必計(jì)算個(gè)別可動(dòng)塊體的大小，而應(yīng)計(jì)算可動(dòng)塊體組合成的棱柱體大小。342??? 。 39。t t cN AB N AB a? ? ? ? tNA NA? 臺(tái)階面的傾向β t，與層理面的傾向β c之差變?yōu)?39。42??? 。另外根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定層理面的間距與節(jié)理面的錯(cuò)開距離，可求得臺(tái)階面與層理面的夾角。砌縫 (即弱面 )之間可能有充填物，也可能沒有。節(jié)理面則是在巖層處于近水平狀態(tài)時(shí)，在構(gòu)造力作用下產(chǎn)生的共扼剪切裂隙。 關(guān)鍵詞：離散 圍巖 ，圍巖控制，錨桿支護(hù)，數(shù)值模擬 東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） VI Abstract Our country has a very rich coal resources, but in coal mine geological conditions of the plex and changeable circumstances, coal strata by geological stress the role of fracture, can produce many such foldthe structures, in these structural belt of roadway, because rock joints and fissures development, especially the interlayer rupture zone, and is influenced by the magma intrusion and form of extrusion tape, etc, these zones of surrounding rock is usually discrete breakage and surrounding rock is larger, the loose range roadway maintenance difficulties, the problem has been bothering mine roadway road safety and use. Discreteness broken rock refers to distribution with multiple joints and fissures and be cut into variablysized fractured blocks of the rocks. Taking discreteness broken wall rock as the research object, aiming at the discrete broken wall rock in tectonic shown on a discontinuity, analyzed the discrete broken rock mass stability and its instability of mobile change rule, established the discrete broken wall rock rockmass mechanics 東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） VII structure model and its stability analysis, finally bining domestic and foreign surrounding rock bolting control mechanism was put forward for this kind of surrounding rock control methods, analyzed the bolt support structures of deformation and failure mechanism of rock mass deformation and failure, using the maximum deformation research method analysis to identify supporting structure body damage alert value。 本文以離散性破碎圍巖為研究對(duì)象，針對(duì)這種 離散 破碎圍巖在構(gòu)造上呈現(xiàn)的非連續(xù)性，分析研究了 離散 破碎巖體的穩(wěn)定 性及其失穩(wěn)后的移動(dòng)變化規(guī)律，建立了離散 破碎圍巖 巖體力學(xué)結(jié)構(gòu)模型并對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分析，最后結(jié)合國內(nèi)外圍巖錨桿支護(hù)控制機(jī)理提出了適合這類圍巖的控制方法，分析研究了錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)體變形破壞機(jī)理，采用巖體變形破壞的最大變形研究方法分析確定了支護(hù)結(jié)構(gòu)體的破壞警戒值 。由于塊狀介 質(zhì)結(jié)構(gòu)巖體的變形和破壞主要受制于巖體中的結(jié)構(gòu)面，故模型建立的基本方法和步驟是首先利用赤平投影或矢量分析方法找出所有的無限裂隙塊體，然后利用塊體理論的有限性定理和可動(dòng)性定理，從無限裂隙塊體與開挖出露的臨空面的組合關(guān)系中確定所有的可動(dòng)塊體，最后對(duì)可動(dòng)塊體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)分析，判斷關(guān)鍵塊體，再將關(guān)鍵塊體的判斷與穩(wěn)定可靠性概念結(jié)合起來，建立穩(wěn)定可靠性分析模型。沉積巖被一組層理面和兩組節(jié)理面切割成很多斜方形的平行六面體。當(dāng)我們掌握了這五個(gè)滑落面的產(chǎn)狀 (傾向和傾角 )以及其穩(wěn)定條件后， 便可根據(jù)臨空面的情況求得滑落體的形狀和大小，從而采取有效的維護(hù)措施。在這轉(zhuǎn)動(dòng)過程中層理面的傾向始終與構(gòu)造力的最大主應(yīng)力方向相平行。39。39。 c o s( ) 39。 塊狀巖體中層理面之間以及節(jié)理面之間的距離遠(yuǎn)小于臨空面的尺寸，可形成很多大小不等的可動(dòng)塊體。對(duì)于塊狀非連續(xù)巖體，它由很多平行六面體組成，而且按一定的規(guī)律鑲嵌而成，如果平行六面體具有足夠的強(qiáng)度條件，則只要維持其原有結(jié)構(gòu)，就可以依靠其本身強(qiáng)度維護(hù)巖體的穩(wěn)定性。當(dāng)巷道跨度或臨空面跨度 L為基本塊體長(zhǎng)度 a的 2一 3倍時(shí)，錨桿長(zhǎng)度應(yīng)大于 滑動(dòng)棱柱體高度。 小結(jié) (1)地下巷道工程開挖后，巖體被不連續(xù)面分割為巖塊，依靠本身形成的非連續(xù)殘余塊體或?qū)訝钽q結(jié)巖梁很難有效控制圍巖變形破壞。 錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)體破壞機(jī)理分析 錨桿支護(hù)已應(yīng)用于地下工程和采礦業(yè)多年，經(jīng)過國內(nèi)外學(xué)者、工程技術(shù)人員的不懈努力，現(xiàn)己在錨桿支護(hù)理論、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)等方面取得了較 成熟的經(jīng)驗(yàn)，并已廣泛應(yīng)用于采礦業(yè)中，取得了顯著的支護(hù)效果和經(jīng)濟(jì)效果。 破壞形式 (2):錨固結(jié)構(gòu)體整體塌落 這種現(xiàn)象近年來已造成多起事故，并且一般發(fā)生在錨桿支護(hù)后期。采用錨桿支護(hù)的主 要目的是提高圍巖的自身殘余強(qiáng)度，形成整體支護(hù)結(jié)構(gòu)體，從而有效控制圍巖的變形量，使圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)體的最大變形量控制在所允許的許用變形量范圍之內(nèi)，從而保證圍巖的整體穩(wěn)定性。從實(shí)驗(yàn)室模擬和計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬來看，支護(hù)結(jié)構(gòu)體的變形主要分以下三個(gè)階段 : 第一階段為初期變形階段。如果支護(hù)結(jié)構(gòu)體圍巖塊體相對(duì)位移趨于穩(wěn)定，支護(hù)結(jié)構(gòu)體不發(fā)生破壞，那么說明支護(hù)效果較好，支護(hù)結(jié)構(gòu)體處于穩(wěn)定階段。 在工程監(jiān)測(cè)實(shí)踐中很難或無法測(cè)定出支護(hù)結(jié)構(gòu)體的本身實(shí)際強(qiáng)度，故此在確定支護(hù)結(jié)構(gòu)體穩(wěn)定性指標(biāo)上無法給出一個(gè)實(shí)用的測(cè)定值，給錨桿支護(hù)監(jiān)測(cè)帶來了極大不便。被拉斷，支護(hù)結(jié)構(gòu)體破壞，這個(gè)階段稱為支護(hù)結(jié)構(gòu)體的破壞階段 。 (2)錨桿處于塑性變形階段，達(dá)到極限破壞點(diǎn)時(shí)，錨桿變形量為 : △ L2=10% L(4 一 2) 式中 :△ L2— 錨桿破壞變形量 。 東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 表 2 一 1 冷拉控制應(yīng)力及最大冷拉率 (GBJ10 一 89) 鋼筋級(jí)別 直徑（ mm） 冷拉控制應(yīng)力（ MP） 最大冷拉率（ %） 備注 Ⅰ 6~12 280 10 直徑小不予考慮 Ⅱ 8~25 450 28~40 430 Ⅲ 8~40 500 5 錨桿長(zhǎng)用材料 Ⅳ 10~28 700 4 一般目前所用錨桿材質(zhì)有兩種。 (3)支護(hù)結(jié)構(gòu)體的變形特征分三個(gè)階段，其變形特征受錨桿變形特征的影響，錨桿在支護(hù)結(jié)構(gòu)體中的作用至關(guān)重要。 有限單元法的基本原理 應(yīng)用有限單元法求解任意的連續(xù)體時(shí)，應(yīng)把連續(xù)的求解區(qū)域分割成有限個(gè)單元，并在每個(gè)單元上指定有限個(gè)節(jié)點(diǎn)，一般可以認(rèn)為相鄰單元在節(jié)點(diǎn)上連結(jié)構(gòu)成一組單元的