基于锚杆的自应力注浆材料理论分析与试验研究

摘要

锚注支护是巷道支护中最常见的支护方式之一，在注浆时大多数的注浆材料采用的是纯水泥浆。在地质条件复杂的情况下，可能由于纯水泥浆的结石体与锚杆、钻孔围岩的粘结力太小导致锚杆或者锚固体被拔出，进而导致整个锚固系统的失效。针对这一突出问题，本文提出了“钻孔自应力注浆材料增强支护效果技术”，主要从锚杆以及注浆体的参数分析、自应力注浆材料的力学试验、自应力注浆材料的膨胀试验以及拉拔试验等几个方面进行研究。
　　借鉴了钢管混凝土技术，并将其应用于巷道注浆支护，把掺有膨胀剂的水泥浆注入巷道围岩的钻孔中，钻孔就相当于钢管混凝土中的钢管，靠着浆液凝固后产生的膨胀力，使得锚杆、掺有膨胀剂的结石体与钻孔围岩形成一个整体，从而增大了锚杆和锚固体的抗拔力，加强了支护效果。根据锚杆支护系统失效的原因以及膨胀剂本身的特性得出钻孔自应力注浆材料加固围岩的机理。
　　通过理论分析，建立了锚杆支护的数学模型，分析了锚固体的参数，得出增加注浆体的直径和弹性模量能很好的增强锚固效果。
　　制作5组(膨胀剂掺量分别为5％、10%、15%、20%和净浆)注浆结实体试块，并对其进行力学试验研究，试验结果表明：通过28天养护后，掺入膨胀剂的试块强度比普通水泥净浆试块的强度提高了10%。
　　通过模拟钻孔的钢管，制作了4组自应力注浆体试件(膨胀剂掺量分别为5%、10%、15%、20%)，灌注注浆体前，在钢管外壁L/2位置沿环向和轴向四个部位粘贴环向和轴向应变片，对试件进行膨胀性能试验研究。试验结果表明：钢管注浆体的初始自应力与膨胀剂掺量的大小有关，掺加膨胀剂的注浆体钢管外壁的应变在一定时期内增大较快，之后趋于平稳。根据钢管的环向和轴向应变计算出了自应力值的大小。
　　最后进行了锚杆的拉拔试验，结果显示：使用自应力注浆材料锚固锚杆的拉拔力比用普通水泥注浆材料锚固锚杆的拉拔力提高了1.1倍。

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1 绪 论

1.1 研究意义

1.2 注浆材料的发展与研究

1.3 膨胀剂应用现状和研究进展

1.4 钢管混凝土的研究现状以及应用

1.5 研究内容和路线

2 锚杆支护失效理论研究

2.1 引言

2.2 锚杆的结构

2.3 锚固体的破坏模式和自应力注浆材料加固作用

2.4 锚杆锚固作用分析

2.5 自应力注浆材料加固围岩机理

2.6 本章小结

3 基于锚杆对锚固体的参数分析

3.1 引言

3.2 锚固体变形受力分析

3.3 实例分析

3.4 各类不同参数对锚固体锚固效果的分析

3.5 结 论

3.6 本章小结

4 钻孔自应力注浆材料力学性能试验研究

4.1 引 言

4.2 自应力注浆材料密实结构分析

4.3 材料选取

4.4 加载装置

4.5 自应力注浆材料力学性能分析

4.6 本章小结

5 钢管自应力注浆材料的膨胀性能研究

5.1 引言

5.2 自应力注浆材料试验研究

5.3 钢管自应力注浆材料的自应力

5.4 本章小结

6 锚杆抗拔试验研究

6.1 引言

6.2 相似材料研制试验

6.3 试验结果

6.4 本章小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文及研究成果