抗大变形增阻锚杆的数值模拟研究

摘要

可延伸锚杆是应用于深部高地应力或软弱破碎围岩巷道的一种锚杆形式,由于刚性锚杆难以适应深部高地应力或软弱破碎围岩的条件,各种可延伸锚杆的研发成为目前深部巷道支护研究中的一个重要方向。
　　本文在可延伸锚杆的基础上提出一种新型抗大变形增阻锚杆,通过数值模拟分析得出该锚杆的阻力与围岩变形关系曲线,并与理想的阻力-变形关系曲线对比。然后对抗大变形增阻锚杆进行参数优化,其主要研究工作如下:
　　(1)根据理想的阻力-变形曲线提出抗大变形增阻锚杆的结构形式:抗大变形增阻锚杆的阻力-变形曲线包括恒阻滑移阶段和增阻缓冲阶段,其中通过恒阻滑移连接实现恒阻滑移的作用,利用恒阻滑移连接中套筒中间的锯齿与锚杆杆体的块状端头实现增阻作用,采用让压环的设置实现增阻阶段的缓冲变形作用。
　　(2)基于数值模拟软件建立锚杆抗拉拔性能的模型,分析锚杆在围岩大变形位移中的作用:模拟分三块内容,即恒阻滑移连接部件间相互作用的模拟,托盘和让压环受压性能的模拟,单根锚杆整体抗拉拔性能的模拟。首先通过恒阻滑移连接模拟和让压环受压的模拟确定部件的大概尺寸,以满足曲线中恒阻阻力、恒阻滑移距离和增阻缓冲变形量等指标的需求,然后通过单根锚杆整体的模拟研究各个部件之间的配合协调性能,最后得出既定尺寸和刚度条件下的阻力-变形曲线。
　　(3)通过数值模拟对抗大变形增阻锚杆的参数进行优化,其结果表明:主要的影响因素有套筒的刚度和厚度,锚杆杆体的刚度和直径,让压环的刚度、厚度和高度,让压环中垫片的刚度和厚度;需要优化的阻力-变形曲线中的主要指标有恒阻滑移阶段阻力大小、恒阻滑移距离、增阻缓冲阶段缓冲变形量大小。

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1 引言

1.1 问题的提出

1.2 国内外锚杆研究现状

1.3 抗大变形锚杆的国内外研究现状

1.4 本文研究的主要内容和目标

2 抗大变形增阻锚杆结构形式的提出

2.2 抗大变形增阻锚杆的理想阻力变形曲线和作用原理

2.3 抗大变形增阻锚杆方案的设计思路

2.4 小结

3 抗大变形增阻锚杆力学性质数值分析

3.1 有限元软件简介

3.2 筒杆恒阻滑移模拟

3.3 让压装置抗变形作用模拟

3.4 锚杆整体配合模拟

4 抗大变形增阻锚杆方案设计优化分析

4.1 锚杆杆体楔形端头和块状端头方案对比

4.2 套筒的刚度、尺寸因素影响分析

4.3 锚杆杆体的刚度、尺寸因素影响分析

4.4 让压装置的刚度、尺寸因素影响分析

4.5 垫片的刚度、尺寸因素影响分析

4.6 模拟优化的结论

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

参考文献

作者简历

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