傳統(tǒng)錨桿支護(hù)理論

1、傳統(tǒng)錨桿支護(hù)理論傳統(tǒng)的錨桿支護(hù)理論有懸吊理論、組合梁理論、組合拱（壓縮拱）理論，近期又發(fā)展了最大水平應(yīng)力理論等。1、懸吊理論懸吊理論認(rèn)為：錨桿支護(hù)的作用就是將巷道頂板較軟弱巖層吊在上部穩(wěn)定巖層上，以增強(qiáng)較軟弱巖層的穩(wěn)定性。對(duì)于回采巷道經(jīng)常遇到的層狀巖體，當(dāng)巷道開挖后，直接頂因彎曲、變形與老頂分離，如果錨桿及時(shí)將直接頂擠壓并懸吊在老頂上，就能減小和限制直接頂?shù)南鲁梁碗x層，以達(dá)到支護(hù)的目的。巷道淺部圍巖松軟破碎，或者開掘巷道后應(yīng)力重新分布，頂板出現(xiàn)松動(dòng)破裂區(qū)，這時(shí)錨桿的懸吊作用就是將這部分易落巖體懸吊在深部未松動(dòng)巖層上。這是懸吊理論的進(jìn)一步發(fā)展。根據(jù)懸吊巖層的質(zhì)量就可以進(jìn)行錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)。懸吊理論直

2、觀地揭示了錨桿的懸吊作用，在分析過(guò)程中不考慮圍巖的自承能力，而且將被錨固體與原巖體分開，與實(shí)際情況有一定差距，計(jì)算數(shù)據(jù)存在誤差。懸吊理論只適用于巷道頂板，不適用于巷道幫、底。如果頂板中沒(méi)有堅(jiān)硬穩(wěn)定巖層或頂板較軟弱巖層較厚，圍巖破碎區(qū)范圍較大，無(wú)法將錨桿錨固到上面堅(jiān)硬巖層或者未松動(dòng)巖層上，懸吊理論就不適用。2、組合梁理論組合梁理論認(rèn)為：在層狀巖體中開挖巷道，當(dāng)頂板在一定范圍內(nèi)不存在堅(jiān)硬穩(wěn)定巖層時(shí)，錨桿的懸吊作用居次要地位。如果頂板巖層中存在若干分層，頂板錨桿的作用，一方面是依靠錨桿的錨固力增加各巖層間的摩擦力，防止巖石沿層面滑動(dòng)，避免各巖層出現(xiàn)離層現(xiàn)象；另一方面，錨桿桿體可增加巖層間的抗剪剛度，

3、阻止巖層間的水平錯(cuò)動(dòng)，從而將巷道頂板錨固范圍內(nèi)的幾個(gè)薄巖層鎖緊成一個(gè)較厚的巖層（組合梁）。這種組合厚巖層在上覆巖層荷載的作用下，其最大彎曲應(yīng)變和應(yīng)力都將大大減小，組合梁的撓度也減小，而且組合梁越厚，梁內(nèi)的最大應(yīng)力、應(yīng)變和梁的撓度也就減小。根據(jù)組合梁的強(qiáng)度大小，可以確定錨桿支護(hù)參數(shù)。組合梁理論，是對(duì)錨桿將頂板巖層鎖緊成較厚巖層的解釋。在分析中，將錨桿作用與圍巖的自穩(wěn)作用分開，與實(shí)際情況有一定的差距，并且隨著圍巖條件的變化，在頂板較破碎、連續(xù)性受到破壞時(shí)，組合梁也就不存在了。組合梁理論只適合于層狀頂板錨桿支護(hù)的設(shè)計(jì)，對(duì)于巷道的幫、底不適用。3、組合拱（壓縮拱）理論組合拱理論認(rèn)為：在拱形巷道圍巖的破

4、裂區(qū)中安裝預(yù)應(yīng)力錨桿時(shí)，在桿體兩端將形成圓錐形分布的壓應(yīng)力，如果沿巷道周邊置錨桿群，只要錨桿間距足夠小，各個(gè)錨桿形成的壓應(yīng)力圓錐體將相互交錯(cuò)，就能在巖體中形成一個(gè)均勻的壓縮帶，即承壓拱（也稱組合拱或壓縮拱），這個(gè)承壓拱可以承受其上部破碎巖石施加的徑向荷載。在承壓拱內(nèi)的巖石徑向及切向均受壓，處于三向應(yīng)力狀態(tài)，其圍巖強(qiáng)度得到提高，支撐能力也相應(yīng)加大。因此，錨桿支護(hù)的的關(guān)鍵在于獲取較大的承壓拱厚度和較高的強(qiáng)度，其厚度越大，越有利于圍巖的穩(wěn)定和支撐能力的提高。組合拱理論在一定程度上揭示了錨桿支護(hù)的作用機(jī)理，但在分析過(guò)程中沒(méi)有沒(méi)有深入考慮圍巖支護(hù)的相互作用，只是將各支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大支護(hù)力簡(jiǎn)單相加，從而得到

5、復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大支護(hù)力，缺乏對(duì)被加固巖體本身力學(xué)行為的進(jìn)一步分析探討，計(jì)算也與實(shí)際情況存在一定差距，一般不能作為準(zhǔn)確的定量設(shè)計(jì)，但可作為錨桿加固設(shè)計(jì)和施工的重要參考。4、最大水平應(yīng)力理論最大水平應(yīng)力理論由澳大利亞學(xué)者蓋爾（WJ.Gale）提出。該理論認(rèn)為：礦井巖層的水平應(yīng)力通常大于垂直應(yīng)力，水平應(yīng)力具有明顯的方向性，最大水平應(yīng)力一般為最小水平應(yīng)力的1.52.5倍。巷道頂、底板的穩(wěn)定性主要受水平應(yīng)力的影響，且有三個(gè)特點(diǎn)：與最大水平應(yīng)力平行的巷道受水平應(yīng)力影響最小，頂、底板穩(wěn)定性最好；與最大水平應(yīng)力呈銳角相交的巷道，其頂、底板變形破壞偏向巷道某一幫；與最大水平應(yīng)力垂直的巷道，頂、底板穩(wěn)定性最差。在最大水平應(yīng)力作用下，頂、底板巖層易于發(fā)生剪切破壞，出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)與松動(dòng)而膨脹造成圍巖變形，錨桿的作用即是約束其沿軸向巖層膨脹和垂直于軸向的巖層剪切錯(cuò)動(dòng)，因此要求錨桿必須具備強(qiáng)度大、剛度大、抗剪阻力大，才能起約束圍巖變形的作用。最大水平應(yīng)力理論，論述了巷道圍巖水平應(yīng)力對(duì)巷道穩(wěn)定性