温度对树脂锚杆锚固性能力学特性影响研究

摘要

树脂锚杆支护作为煤矿巷道主要支护方式，随着开采的不断推进，受深部矿井中复杂的地质条件、施工工艺及锚杆锚固材料等因素的影响，巷道中树脂锚杆支护问题频现。为进一步了解锚杆锚固机理，分析不同影响因素对树脂锚杆锚固性能影响及锚国界面剪应力分布规律。本文首先采用理论研究方法简单分析锚杆锚固机理，然后由室内试验着重研究了不同温度对树脂锚杆锚固性能力学特性影响，最后利用数值模拟FLAC3D模拟了不同温度环境下锚杆锚固力学行为。主要的研究成果有几个方面:
　　(1)通过力学试验获取千米深矿井泥岩相关力学参数，然后配比不同比例的水泥-泥岩混合试件并对其力学参数进行试验测定。试验结果发现:水灰比为1∶4，当水泥和泥岩的混合比例接近1∶1时，混和试件的力学性质和原岩最为接近。
　　(2)按照泥岩和水泥确定的混合比例，制作锚杆锚固混合试件模型。在不同温度下对试件单轴压缩试验结果发现:在25℃～60℃温度区间内，锚固体强度随温度升高而衰减的速率约为0.74MPa/℃;锚固体的强度在25℃左右时最大，随着温度的升高，锚固体的强度越来越小，当温度达到45℃左右时，锚固体强度衰减的速率变快，出现一定程度的软化变形，当温度达到60℃时，锚固体的强度只有25℃下的60％左右。
　　(3)对不同温度下锚固试件单轴压缩试验锚杆杆体上应变片数据处理分析:锚杆锚固界面上的剪应力非均匀的分布在杆体轴向方向上，常温状态下，锚固界面上剪应力在锚固压缩端处较小，随着距压缩端距离的增加剪应力值增大，在靠近锚固端远端达到峰值，之后锚杆剪应力迅速减小，剪应力分布特点为单峰值曲线，随着温度的升高，剪应力曲线峰值点沿锚杆轴线方向向荷载端转移。锚杆在钻孔中的位置也会影响锚杆两侧剪应力的分布。
　　(4)运用数值模拟FLAC3D软件建立模型，分析了不同温度环境相同加载荷载下下锚固体塑性区、锚固剂塑性区的分布特点以及锚杆轴向应力、水平应力的变化规律。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的提出及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 目前研究存在的不足

1．4 研究的目的与意义

1．5 本文的研究内容与方法

1．5．1 研究内容与方法

1．5．2 本文研究的技术路线

2 锚杆支护发展及锚固机理研究

2．1 锚杆支护技术现状及发展

2．1．1 锚杆支护技术现状

2．1．2 锚杆支护技术的发展

2．2 树脂锚杆的应用

2．2．1 树脂锚杆的发展

2．2．2 树脂锚杆支护的优势与不足

2．3 树脂锚杆结构分析

2．4 树脂锚杆锚固性能影响因素

2．5 树脂锚杆锚固失效类型

2．5．1 树脂锚杆失效类型

2．5．2 树脂锚杆锚固失效原因分析

2．6 树脂锚杆锚固理论研究方法现状

2．7 本章小结

3 泥岩力学试验和相似材料配比

3．1 试验方案

3．2 试验仪器

3．2．1 试验荷载加载装置

3．2．2 温度加载装置

3．2．3 应变分析装置

3．2．4 泥岩粉碎装置

3．3 泥岩力学参数测定

3．3．1 泥岩单轴压缩试验

3．3．2 泥岩原岩粉碎

3．3．3 泥岩-水泥相似比的确定

3．3．4 泥岩-水泥混合试件力学试验

3．4 本章小结

4 不同温度对树脂锚杆锚固性能力学特性试验研究

4．1 试验方案

4．2 树脂锚杆锚固体相似模型制作

4．3 锚杆锚固材料的选择及设计制作

4．3．1 锚杆锚固材料的选择

4．3．2 应变片的选择和焊接

4．4 树脂锚杆锚固试件的制作

4．5 温度对树脂锚杆锚固性能力学特性试验

4．5．1 不同温度对树脂锚杆锚固性能的研究

4．5．2 温度对树脂锚固界面影响研究

4．5．3 不同温度下锚固界面剪应力变化对锚固性能影响

4．6 本章小结

5 不同温度作用下锚杆锚固性能数值分析

5．1 数值模型的建立

5．2 模拟结果分析

5．3 本章小结

6 结论及展望

6．1 主要研究成果

6．2 主要创新点

6．3 不足及展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果