【文章內(nèi)容簡介】 設計過程中選擇合理錨桿支護參數(shù)即可。破壞形式(2):錨固結構體整體塌落這種現(xiàn)象近年來已造成多起事故，并且一般發(fā)生在錨桿支護后期。目前錨桿性能一般較好，其本身強度較大，能有效控制錨固范圍內(nèi)圍巖穩(wěn)定性，錨桿支護后，巷道圍巖變形開始并不明顯，好像支護效果較好，但隨時間推移，圍巖作用力轉移于錨固范圍以外使錨固區(qū)界面產(chǎn)生離層，最終導致錨固結構體整體塌落。這種破壞形式應采用錨索補強的方式來避免，并且需要在支護后加強錨桿支護監(jiān)測，提前發(fā)現(xiàn)問題及時補救。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，單個錨桿支護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。避免此類破壞產(chǎn)生的方法主要是在支護后對頂板加網(wǎng)進行防護，對與極其破碎的頂板，有條件的礦可以采用內(nèi)注漿法加強巖塊之間的粘結力和自身強度或者采用表面噴漿法來防止事故發(fā)生。從上述錨桿支護結構體破壞形式來看，其實引起圍巖破壞的原因只有一個，就是錨桿支護體在地層應力(包括自重應力、變形應力和構造力)作用下產(chǎn)生超出許用變形的大變形，從而破壞了錨桿支護結構體的整體穩(wěn)定性，導致結構體的局部破壞或者整體破壞。錨桿支護結構體是由錨桿和圍巖共同作用形成的支護結構體，這個結構體是一個復合結構體，由錨桿和圍巖共同承擔外部荷載。對于塊離散破碎圍巖來講，巷道開挖后，圍巖在地層應力作用下將產(chǎn)生塑性變形，其本身所能產(chǎn)生的殘余強度較小，變形量大，在不支護狀態(tài)下，變形量隨著時間的推移而迅速增大，直至破壞。采用錨桿支護的主要目的是提高圍巖的自身殘余強度，形成整體支護結構體，從而有效控制圍巖的變形量，使圍巖支護結構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。錨桿支護結構體是由錨桿和圍巖共同組成的一個整體，支護結構體的變形要受到錨桿的變形和圍巖變形的約束和影響。(1)錨桿桿體變形特征現(xiàn)在常用金屬錨桿桿體一般為低碳高強螺紋鋼，錨桿處于彈性受力狀態(tài)時，伸長率較小，%左右。當桿體處于塑性狀態(tài)達到極限強度時，伸長率為10%左右，此時錨桿桿體處于最大受力狀態(tài)而面臨拉斷失效，也就是說，對于錨桿來講，%一10%倍的錨桿長度范圍內(nèi)，超出這個范圍錨桿將被拉斷失效。(2)圍巖變形特征對于離散性破碎圍巖來講，巷道開挖后圍巖在地層應力作用下由原來的彈性變形狀態(tài)轉化為塑性變形狀態(tài)，而塑性變形在地層應力繼續(xù)作用下轉化為離散破碎變形狀態(tài)，圍巖形成塊體嚙合結構，其本身的殘余強度僅靠塊體之間的嚙合摩擦形成。這個過程中圍巖的變形量可達幾十毫米甚至一百毫米以上。若不對圍巖進行支護，隨著圍巖變形量的增大，其殘余強度必將不斷減小，最后失穩(wěn)冒落。(3)錨桿支護結構體變形特性錨桿支護結構體的變形受錨桿變形特征和圍巖變形特征的影響，是錨桿和圍巖受力變形的總體體現(xiàn)。從實驗室模擬和計算機數(shù)值模擬來看，支護結構體的變形主要分以下三個階段:第一階段為初期變形階段。支護結構體在巷道開挖后，在地層應力作用下產(chǎn)生有限變形。這個階段變形量較小，一般不超過10mm，此時錨桿受力較小，錨桿的支護作用在支護結構體中起次要作用。錨桿的作用效果主要在于通過預緊力提高圍巖本身強度，支護結構體的主要承載能力由錨固圍巖來承擔。第二階段為限制變形階段。所謂限制是指錨桿在此階段同圍巖一起共同承受外部荷載，或者說通過錨桿提供的強大支撐力和通過錨桿而提高的圍巖本身強度來抵抗外部荷載控制和限制支護結構體的自由變形，而使支護結構體處于穩(wěn)定狀態(tài)，此階段錨桿受力迅速提高，圍巖處于塑性破碎、塊體嚙合狀態(tài)，支護結構體變形量一般在100毫米左右。第三階段為破壞階段或者穩(wěn)定階段。當支護結構體圍巖塊體相對位移繼續(xù)增大，塊體之間的嚙合力繼續(xù)降低，錨桿受力達到極限狀態(tài)，伸長率超過10%后，錨桿桿體. 支護結構體破壞，這個階段稱為支護結構體的破壞階段。如果支護結構體圍巖塊體相對位移趨于穩(wěn)定，支護結構體不發(fā)生破壞，那么說明支護效果較好，支護結構體處于穩(wěn)定階段。從上述錨桿、圍巖、支護結構體變形特性分析可知，支護結構體為錨桿和圍巖構成的復合承載體，支護結構體圍巖為塊狀嚙合體，其強度為殘余強度，錨桿在支護結構體中起主要的承載作用，支護結構體的變形破壞受錨桿變形破壞的影響。而錨桿的最終破壞原因可總結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。目前，評價支護結構體的穩(wěn)定性一般延用材料力學所涉及的強度準則，而且以強度評價為主。例如，擠壓加固理論在于定性描述支護結構體形成具有足夠強度的能夠抵抗外部載荷的支護體。組合梁理論在于形成足夠強度的能夠抵抗外部荷載的梁結構體。最大拉應力理論在于能夠形成足以抵抗外部荷載并引起圍巖結構體產(chǎn)生拉應力的強度結構體，只有懸吊理論、圍巖松動圈理論是從圍巖失穩(wěn)和變形方面來考慮的。上述這些理論的研究，由于支護結構體的復雜性，很難或無法給出一個量化計算值，只是定性描述。在工程監(jiān)測實踐中很難或無法測定出支護結構體的本身實際強度，故此在確定支護結構體穩(wěn)定性指標上無法給出一個實用的測定值，給錨桿支護監(jiān)測帶來了極大不便。巖體變形破壞的最大變形研究方法的指導思想就是以支護結構體的變形作為評價其穩(wěn)定性的依據(jù)。當支護結構體的變形達到某一警戒變形值時，支護結構體即產(chǎn)生破壞。其原因有:(1)支護結構體的強度為產(chǎn)生塑性狀態(tài)區(qū)的殘余強度，支護結構體一般呈塊狀離散性破碎狀態(tài)，其強度來自于塊體之間的嚙合和摩擦。(2)支護結構體的穩(wěn)定性受地層壓力大小和結構體本身強度影響，而地層壓力和支護結構體強度在現(xiàn)場監(jiān)測中很難或無法測定其準確值。(3)支護結構體的變形是地層壓力和結構體強度相互作用的綜合表現(xiàn)，能夠準確地科學地反映支護結構體的穩(wěn)定性。(4)錨桿支護監(jiān)測技術完全能夠準確地測出或描繪出支護結構體的變形特征。(5)當支護結構體變形量達到某一警戒變形值時，錨桿遭受破壞，支護結構隨即產(chǎn)生冒落，離層破壞。被拉斷，支護結構體破壞，這個階段稱為支護結構體的破壞階段。如果支護結構體圍巖塊體相對位移趨于穩(wěn)定，支護結構體不發(fā)生破壞，那么說明支護效果較好，支護結構體處于穩(wěn)定階段。從上述錨桿、圍巖、支護結構體變形特性分析可知，支護結構體為錨桿和圍巖構成的復合承載體，支護結構體圍巖為塊狀嚙合體，其強度為殘余強度，錨桿在支護結構體中起主要的承載作用，支護結構體的變形破壞受錨桿變形破壞的影響。而錨桿的最終破壞原因可總結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。支護結構體的變形失穩(wěn)是以錨桿破壞為前提，當錨桿在支護結構體中與圍巖一起承受外部載荷，并處于良好的受力狀態(tài)時，支護結構體是穩(wěn)定的，只有當錨桿處于危險警戒狀態(tài)時，支護結構才可能處于危險警戒狀態(tài)，那么如何來判定錨桿處于良好狀態(tài)或危險警戒狀態(tài)呢?我們還是從錨桿應力一應變曲線來分析。(1)1錨桿處于彈性變形階段，錨桿桿體最大受力狀態(tài)達到屈服點時錨桿最大變形量為:△ L1=%L式中:△LI—錨桿變形量。LL—錨桿長度。，錨桿最大變形量為5mm，也就是說錨桿處于彈性受力狀態(tài)時支護結構體變形量不大于5mm，否則錨桿受力處于塑性狀態(tài)。(2)錨桿處于塑性變形階段，達到極限破壞點時，錨桿變形量為:△L2=10%L(4一2)式中:△L2—錨桿破壞變形量。LL—錨桿長度。，錨桿破壞變形量最大為250mm，此時錨桿處于極限最大受力狀態(tài)隨時產(chǎn)生破壞，也就是說支護結構體也將隨時產(chǎn)生破壞。(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)對支護結構體變形(小于5m)特征來講是不太可能的，因為支護結構體是離散破碎圍巖，變形量在幾十至幾百毫米，而當錨桿處于極限受力狀態(tài)，錨桿伸長率達到10%時，錨桿又處于臨界破壞狀態(tài)。在錨桿受力變形過程中一定存在著一個使錨桿受力狀態(tài)良好的變形值，且這個變形值即為所找的許用變形值，這個變形值一定在10%伸長率之內(nèi)。根據(jù)建筑材料規(guī)范規(guī)定，螺紋鋼在進行冷加工時，要求控制伸長率和控制冷拉應力不超過一個定值，此時鋼筋處于良好受力狀態(tài)，超過此值則可能處于不利狀態(tài)。我們可以就以許用變形值作為變形警戒值。GBJ10一89規(guī)范規(guī)定的冷拉控制應力及最大冷拉率見表21。表2一1冷拉控制應力及最大冷拉率(GBJ10一89)鋼筋級別直徑（mm）冷拉控制應力（MP）最大冷拉率（%）備注Ⅰ6~1228010直徑小不予考慮Ⅱ8~2545028~40430Ⅲ8~405005錨桿長用材料Ⅳ10~287004一般目前所用錨桿材質有兩種。一種是I類光圓鋼筋，一種是無縱筋螺紋鋼筋(相當于Ⅲ類鋼筋)。通過上表分析并考慮一定安全系數(shù)，可得出當采用無縱筋螺紋鋼錨桿時，所需變形警戒值對應的伸長率取5%。表達式為:a=5%L式中:a—變形警戒值。L—錨桿桿體有效長度。此變形警戒值的意義在于:當錨桿的變形量在5%范圍以內(nèi)時，錨桿受力處于良好狀態(tài)，能充分發(fā)揮錨桿與圍巖的共同支護作用，使支護結構體保持在整體穩(wěn)定狀態(tài)。(1)錨桿支護結構體的破壞形式主要表現(xiàn)為錨固區(qū)內(nèi)圍巖冒落、錨固結構體整體塌落和頂板表面局部危石冒落。(2)支護結構體破壞的原因只有一個，就是錨桿支護結構體在地層應力(包括自重應力、變形應力和構造力)作用下產(chǎn)生超出許用變