【正文】 可以把節(jié)理弱面切割形成的巖塊連接在一起，阻止其弱面轉(zhuǎn)動或滑移，錨桿的這種作用稱作懸吊作用，如圖 615所示。 3/4/2023 77 圖 615 錨桿的懸吊作用 3/4/2023 78 預(yù)應(yīng)力錨桿群錨入圍巖后，其兩端附近巖體形成圓錐形壓縮區(qū)，如圖 616所示。按一定間距排列的錨桿，在預(yù)應(yīng)力的作用下，構(gòu)成一個均勻的壓縮帶（承載環(huán)），壓縮帶中的巖石由于預(yù)應(yīng)力的作用處于三向應(yīng)力狀態(tài)，提高了圍巖的強度。 圖 616 錨桿的擠壓加固作用 3/4/2023 79 （ 1）從材料上分 ：鋼筋、鋼絲繩 、 管縫式等形式錨桿； ：木錨桿、竹錨桿和樹脂錨桿等。 （ 2）從粘結(jié)材料上分 膨脹水泥砂漿 、 水泥藥卷、樹脂藥卷等。 （ 3）巖石錨桿類型與結(jié)構(gòu)示意圖 3/4/2023 80 3/4/2023 81 （ 4） 當前地下礦山采用的噴、錨支護類型有 ； ； ； 。 在實際應(yīng)用中，支護類型要根據(jù)原巖應(yīng)力狀態(tài)、巖石性質(zhì)、圍巖的結(jié)構(gòu)類型、地下水的影響狀況和工程性質(zhì)等條件進行的選擇，根據(jù)圍巖與支護共同作用原理，充分發(fā)揮噴層和錨桿的力學效能。 3/4/2023 82 目前錨桿設(shè)計的計算方法都要采用一些簡化和假設(shè)，其結(jié)果也只能作為一種近似估算，而更多的是采用經(jīng)驗和工程類比方法。 （ 1）按單根錨桿懸吊作用計算 （ 補充內(nèi)容，見參考書，高磊主編，礦山巖體力學 P145146） 根據(jù)等強度原則，錨桿抗拉能力與粘結(jié)劑粘結(jié)力相等。假設(shè)錨桿插入穩(wěn)定巖體中的長度為 ，則： 1l? ? ? ?214td dl c????? ?? ?1 4tdlc??（ 652） 3/4/2023 83 式中： ??c—— 粘結(jié)劑與錨桿間的許用粘結(jié)力； ?t?—— 錨桿材料的抗拉強度； d—— 錨桿直徑，常取 16～ 22mm； 1l 1 300l m m? 。—— 錨入穩(wěn)定巖層的長度，工程實踐經(jīng)驗值 從錨桿的組合和懸吊作用出發(fā)，錨桿的總長度按下式計算： 1 2 3L l l l? ? ?（ 653） 式中： 2l—— 有效長度，即易冒落巖層高度，如采用直 接頂高度或普氏免壓拱高、或采用塑性區(qū)以下 的頂板高度、實測松動圈厚度等； 3l—— 外露長度，常取 100mm。 3/4/2023 84 錨桿直徑計算原則是錨桿拉斷力不小于錨固力，一般可根 據(jù)工程條件和經(jīng)驗先確定所要求的錨固力，再根據(jù)所選的 錨桿材料計算錨桿直徑。 a、間距 的計算 b如采用等排、間距布置，每根錨桿所擔負的巖體重量為其 所承受的載荷： ip K hS??式中： ip——錨桿所承受的載荷； K——安全系數(shù)，通常取 ～ ； ?——巖石的容重； 3/4/2023 85 h——松動巖石帶的高度； S——錨桿擔負的巖體面積，即錨桿排、間距的乘積， 等排間距時為 22ab或錨桿受拉破壞時，其所受載荷應(yīng)小于錨桿允許的抗拉能 力： ? ?22 4it dp K ha ?????故有： ? ?2tdaKh????（ 654） a有關(guān)試驗表明，要在圍巖中形成一定厚度的拱形壓縮帶， 錨桿長度 L應(yīng)為其間距 的兩倍以上。 （ 2）考慮整體作用的錨桿設(shè)計計算 整體設(shè)計錨桿的方法是澳大利亞雪山工程管理局亞歷山大等人，對有多組節(jié)理的圍巖中，使用預(yù)應(yīng)力錨桿的拱形或圓形巷道，提出按拱形均勻壓縮帶原理設(shè)計錨桿參數(shù)的方法。該理論認為，在錨桿預(yù)應(yīng)力 的作用下，桿體兩端間的圍巖形成擠壓圓錐體；相應(yīng)地沿拱頂分布的錨桿群在圍巖中就有相互重疊的壓縮錐體，形成一均勻壓縮帶，如圖 616所示。 2?3/4/2023 86 3/4/2023 87 p1? t 的作用下，引起均勻壓縮帶內(nèi)切 ，并假定沿厚度 均勻分布，則 向主應(yīng)力為 根據(jù)薄壁圓筒公式 有： 11 prt?（ 655） 2?為： 2 2Na? ?（ 656） N ? ? ?Q式中： —— 錨桿的預(yù)壓力，一般 ， 為錨固力，由現(xiàn)場拉拔試驗或設(shè)計確定。 3/4/2023 88 ，壓縮帶內(nèi)巖體滿足庫侖強度準則， 若圍巖無粘結(jié)力時，其安全條件為： 2012 ta n 45 2??? ????????（ 657） 若圍巖存在粘結(jié)力時，則有： 20ta n 452 c?? ? ???? ? ?????（ 658） 3/4/2023 89 ，確定錨桿參數(shù)的步驟如下： l da1） 預(yù)選錨桿長度 、直徑 、間距 。 at2 1 1,3 3 10和 2） 根據(jù)試驗結(jié)果，錨桿長度 L與錨桿間距 與錨桿長度 L之比相應(yīng)為 （取等間距布置）之比分別為 3， 2和 ， 拱形壓縮帶厚度 確定壓縮帶厚度 ； t 3） 由拉拔試驗結(jié)果可求出 ； 2? 4）塑性區(qū)半徑 ，由（ 631）式或（ 635） 3r式確定； 3/4/2023 90 5）確定 ； ； 2 2 0r l r??12r r t?? 6）根據(jù)（ 657）式或（ 658）式驗算壓縮 帶安全條件； 注：（ 655）式中的 p的確定，由耶格和庫克公式 給出： 2 sin1 sin23brppr?????? ????式中 bp即為彈性區(qū)與塑性區(qū)交界面上的徑向應(yīng)力 pr?，由（ 627）式或（ 634）式，當 prR?時確定。 （ 1）保證錨桿施工質(zhì)量，要遵循的原則 ，充分發(fā)揮錨桿支護的有效功能，因此，錨桿支護時，要保證膠結(jié)劑的質(zhì)量和膠結(jié)長度； ，并且要具有一定的預(yù)壓應(yīng)力，對圍巖形成擠壓作用，在圍巖中產(chǎn)生壓縮帶； ，對形成壓縮帶具有至關(guān)重要的作用，因此要注意托板的材質(zhì)和大小的選取。 3/4/2023 91 （ 2）錨噴支護的形式 從施工順序上可將錨噴支護分為錨 初噴 復(fù)噴、初噴 錨 復(fù)噴兩種。 初噴 復(fù)噴支護形式的適用性和優(yōu)缺點 1）適用性：主要適用于圍巖較為穩(wěn)定，且節(jié)理裂隙較為發(fā)育，暴露的圍巖不易風化和水解的巖層； 2）優(yōu)點：由于噴層滯后工作面，掘進時的爆破作業(yè)所產(chǎn)生的爆破震動，對噴層影響較小，提高了噴層支護的效果； 3）缺點是：錨桿支護后，不能有效阻止圍巖中小塊巖石掉落帶來的不安全隱患，實際施工中，為了解決這一隱患，可加鋼絲網(wǎng)或馬上進行初噴支護來解決。 3/4/2023 92 錨 復(fù)噴支護形式的適用性和優(yōu)缺點 1）適用性：主要適用于圍巖被節(jié)理裂隙破壞較為嚴重，暴露的圍巖易被風化或水解，圍巖不太穩(wěn)定的巖層； 2）優(yōu)點：能有效阻止圍巖風化，及時充填節(jié)理裂隙，使圍巖整體性得以加強，提高了圍巖的自承能力，有效防止圍巖中碎塊掉落而出現(xiàn)的安全隱患； 3）缺點是：由于噴層離工作面太近，噴層受爆破震動的損傷較大，降低了噴層有效的支護強度。 3/4/2023 93 3/4/2023 94 新奧法 新奧法也叫新奧地利隧道施工法，其具體做法是：隨掘進時及時噴射一層混凝土，封閉圍巖暴露面，形成初期柔性支護；隨后，按設(shè)計系統(tǒng)地布置錨桿加固深部圍巖，錨桿、噴層和圍巖共同組成壓縮帶形成承載環(huán)，支承圍巖壓力，這部分支護結(jié)構(gòu)稱為“外拱”。在外拱施工過程中通過監(jiān)測了解圍巖變形情況，待圍巖位移趨于穩(wěn)定，支護抗力與圍巖壓力相適應(yīng)時，進行外拱封底，使變形收斂，同時進行復(fù)噴，加強噴層抗力，提高安全系數(shù)，復(fù)噴的混凝土層稱為“內(nèi)拱”，實際上內(nèi)拱為儲備強度。新奧法嚴格控制復(fù)噴時間，使支架性能呈現(xiàn)先柔后剛的特性。新奧法建議的隧道斷面以及支護形式如圖 617所示。 3/4/2023 95 圖 617 新奧法建議的隧道斷面以及支護形式 軟巖工程簡介 （ 1）軟巖的定義 ：單軸抗壓強度小于 25MPa的松散、破碎、軟弱及風化膨脹性一類巖體的總稱。多為泥巖、頁巖、粉沙巖和泥質(zhì)巖石等。 ：單軸抗壓強度 ~25MPa之間的一類巖石，其分類基本上是依強度指標。 3/4/2023 96 ：在工程力作用下能產(chǎn)生顯著塑性變形的工程巖體。此定義揭示了軟巖的相對性實質(zhì)，即取決于工程力與巖體強度的相互關(guān)系。當工程力一定時，不同巖體其強度高于工程力水平的大多表現(xiàn)為硬巖的力學特性，強度低于工程力水平的則可能表現(xiàn)為軟巖的力學特性；對同種巖石，在工程力較低時表現(xiàn)為硬巖的變形特性，在工程力較高時則表現(xiàn)為軟巖的變形特性。 3/4/2023 98 （ 2）軟巖的工程特性 ； ； ； ； 。 3/4/2023 99 （ 3）兩個基本概念 蠕變試驗表明，當所施加的載荷小于某一載荷水平時，巖石處于穩(wěn)定變形狀態(tài)，蠕變曲線趨于某一變形值，隨時間增長而不變化；當所施加的載荷大于某一載荷水平時，巖石出現(xiàn)明顯的塑性變形加速現(xiàn)象，即產(chǎn)生不穩(wěn)定變形，這一載荷稱為巖石的軟化臨界載荷。 當巷道的位置大于某一開采深度時，圍巖產(chǎn)生明顯的塑性大變形，出現(xiàn)地壓大和難以支護的現(xiàn)象，當巷道的位置小于該深度時，大變形、大地壓現(xiàn)象消失，這一深度稱之為巖石軟化臨界深度。 3/4/2023 100 作業(yè)： P366 第 1題、第 2題。 演講完畢，謝謝觀看！