摘要
煤矿巷道支护多采用端锚支护，存在大量锚固失效现象，在煤矿深井软岩大变形条件下出现适应性不足的问题。实现全长锚固，是解决这一问题的有效手段，但仍不能完全避免锚固失效问题出现，为了揭示全长锚固系统的脱黏失效机制及对节理岩体的锚固止裂效应，达到构建高质量锚固体的目的，本文采用现场调研、理论分析、实验室实验、数值模拟和工程实践相结合的研究手段，对节理岩体裂纹扩展规律、全长锚固锚杆的脱黏失效过程、锚杆载荷-位移特性、锚固体损伤演化规律及锚固止裂效应展开研究。主要研究内容和结论如下： （1）设计制作了不同岩桥长度、主裂隙与轴向载荷夹角、岩桥与主裂隙夹角、主次裂隙夹角4个几何参数下的预制交叉裂隙岩体试件，开展预制交叉裂隙岩体裂纹扩展实验，分析了节理几何参数对岩体裂纹萌生、扩展、聚合方式、裂纹起裂强度及聚合强度的影响，应用GPGPU并行化的2D Y-HFDEM IDE代码模拟了节理岩体的破坏过程，实现了岩体变形从连续介质到非连续介质的过渡，实验和模拟结果得到主裂隙尖端萌生扩展的拉伸-剪切混合裂缝引起的破坏在岩石破坏中占主导地位，是导致岩体失去承载能力的主控裂纹。 （2）建立了锚杆-锚固剂界面分析模型，分析了锚杆拉拔滑动导致锚固剂环裂纹扩展的三个阶段：裂纹萌生、扩展、完全开裂，以及锚杆-锚固剂、锚固剂-围岩界面环向围压随锚杆滑动的变化，推导了最大轴向力与剪应力的位置，揭示了锚杆-锚固剂界面循环扩散式的脱黏失效机制。开展了围岩抗拉强度大于锚固剂抗拉强度下的全长锚固系统加载实验，结合锚杆应变分析及锚固体声发射监测，分析了全长锚固系统的载荷传递机制、锚杆的承载特征以及应力分布特性，并从声发射响应特性、锚固体损伤演化规律和拉拔脱黏空间演化过程分析了锚杆-锚固剂界面脱黏失效行为，得到了锚杆承载过程的四个阶段及抗拔锚固力发挥作用方式与锚固剂环完整状态的对应关系。利用声发射监测得到了锚固体累积损伤主要发生在锚杆弹性变形阶段（占比39%），降低锚杆弹性变形阶段锚固体的损伤量有利于提升锚固质量。 （3）开展了锚杆直径、锚固长度、围岩强度、围压、预紧力5因素3水平的锚固体力学响应实验，得到了拔出载荷、轴向应力和剪切应力分布、锚固体声发射的响应规律与损伤变量演化特征。相较于端锚，全长锚固锚后锚杆弹性变形阶段锚固体产生的损伤量减小，拉出破坏阶段损伤量增加，提高了锚杆在屈服载荷前的安全性，并提出了构建高质量锚固体的关键途径。 （4）设计了是否加锚，锚固长度、预紧力、锚固位置、锚杆数量4因素3水平的节理岩体锚固止裂效应实验，结合声发射损伤监测和数字散斑变形场监测，amp;nbsp;分析了锚固体力学参数变化、声发射特性、损伤演化规律、变形场演化特征及裂纹扩展情况的响应特征，探究了锚杆对主控裂纹扩展的抑制作用，揭示了全长锚固锚杆对节理岩体的锚固止裂机理。 （5）提出了降低锚固体损伤，构建高质量锚固体的技术途径，并应用于现场工程实践。运用巷道围岩变形监测、锚索轴力监测及钻孔窥视分析等综合测试分析，结果表明：实现全长锚固，及时控制了围岩变形并增加抗拔锚固力，有效控制围岩变形且减少锚固失效现象；增加锚索直径抑制了锚索弹性变形阶段锚固体的损伤；增加预应力，对围岩初期变形和裂隙扩展的控制效果得到加强。实践证明，预应力全长锚固技术在复杂困难条件下的巷道围岩控制具有显著优势。
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