錨桿支護(hù)技術(shù)存在的關(guān)鍵問(wèn)題及解決方案

精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專(zhuān)心---專(zhuān)注---專(zhuān)業(yè)專(zhuān)心---專(zhuān)注---專(zhuān)業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專(zhuān)心---專(zhuān)注---專(zhuān)業(yè)錨桿支護(hù)技術(shù)存在的關(guān)鍵問(wèn)題及解決方案錨固技術(shù)，國(guó)內(nèi)習(xí)慣統(tǒng)稱為錨桿支護(hù)技術(shù)，國(guó)外一般稱錨固技術(shù)或錨桿加固技術(shù)。自1872年英國(guó)北威爾士露天頁(yè)巖礦首次應(yīng)用錨桿加固邊坡及1912年德國(guó)謝列茲礦最先在井下采用錨固技術(shù)以來(lái)，錨固技術(shù)至今已有100多年的發(fā)展歷史。錨固技術(shù)是一種技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越的技術(shù)手段，目前不僅廣泛應(yīng)用于世界主要產(chǎn)煤國(guó)家，而且也推廣應(yīng)用于冶金、水利水電、鐵路公路、軍工及建筑等工程之中，伴隨著“21世紀(jì)－地下工程的世紀(jì)”的來(lái)臨，可以預(yù)見(jiàn)，該技術(shù)必將得到更廣泛深入的研究和推廣應(yīng)用。盡管?chē)?guó)內(nèi)錨固技術(shù)與理論研究在近10余年取得了豐碩的研究成果，但還遠(yuǎn)不適應(yīng)我國(guó)錨固技術(shù)推廣與發(fā)展的需要，因此有必要在全面總結(jié)國(guó)內(nèi)外錨固技術(shù)與理論發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出新的研究思路去研究和解決錨固技術(shù)推廣與發(fā)展中的問(wèn)題。

1國(guó)外錨固技術(shù)與理論研究的發(fā)展現(xiàn)狀

就目前而言，國(guó)外錨固技術(shù)以澳大利亞、美國(guó)發(fā)展最為迅速，兩國(guó)錨桿支護(hù)比重已接近100％，其錨固技術(shù)水平居于世界前列。到20世紀(jì)80年代以后，一些曾以U型鋼或工字鋼支架為煤巷主要支護(hù)形式的國(guó)家（如英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、前蘇聯(lián)、波蘭、日本等），也大力發(fā)展并應(yīng)用了錨固技術(shù)。

11關(guān)于錨桿加固圍巖的作用機(jī)理

美國(guó)因其巷道埋深較淺、巖層強(qiáng)度高且地應(yīng)力比較低，因此傾向于懸吊理論和組合梁（加固巖梁）理論，而英國(guó)、澳大利亞巷道以受水平應(yīng)力影響為主，尤其是澳大利亞相對(duì)英國(guó)其圍巖變形量及最大水平應(yīng)力更劇烈，一般而言，英國(guó)、澳大利亞錨桿支護(hù)的設(shè)計(jì)理論傾向于加固拱（擠壓支承拱）理論。

12關(guān)于錨桿加固設(shè)計(jì)方法

美國(guó)目前有兩種基本設(shè)計(jì)方法：一為經(jīng)驗(yàn)法，即是建立在以往解決巖層控制的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)方法。該方法的主要缺點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)了頂板控制問(wèn)題的本身，而缺乏對(duì)引起頂板不穩(wěn)定的內(nèi)在原因的注意，即由于頂板條件的不同，經(jīng)驗(yàn)法并不全都有效。二為理論法，亦稱客觀法，即是建立在解決頂板支護(hù)問(wèn)題的和巖石力學(xué)理論基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)方法。該方法一般是通過(guò)公式或者估算確定有關(guān)參數(shù)，有代表性的是蘭和比肖夫RRU準(zhǔn)則和帕內(nèi)克設(shè)計(jì)諾模圖。實(shí)踐中常采用將上述兩種方法相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法。澳、英兩國(guó)在原采用理論法和經(jīng)驗(yàn)性或試探法的基礎(chǔ)上，認(rèn)為錨桿加固設(shè)計(jì)必須保證巷道始終處于可靠的狀態(tài)，而可靠的設(shè)計(jì)方法必須以對(duì)開(kāi)挖引起的巖層變形、錨桿受力及加固效果的精確測(cè)量為基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上認(rèn)為應(yīng)采用以下兩種手段相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法：一進(jìn)行巷道監(jiān)測(cè)，確定圍巖礦壓顯現(xiàn)及和回采期間錨桿加固特性；二利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，模擬可能遇到的應(yīng)力場(chǎng)范圍內(nèi)巖層礦壓顯現(xiàn)與錨桿加固的特性，以及評(píng)價(jià)新選擇的各種錨桿加固。澳大利亞把該設(shè)計(jì)方法的實(shí)施具體分為4個(gè)步驟：（1）地質(zhì)力學(xué)評(píng)估，包括對(duì)巷道圍巖（頂?shù)装寮懊簩樱┝W(xué)性質(zhì)測(cè)定、地應(yīng)力（3個(gè)主應(yīng)力的大小和方向）測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查；（2）初始設(shè)計(jì)（即利用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法在開(kāi)掘以前進(jìn)行）；（3）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)（即利用測(cè)力錨桿及位移計(jì)等對(duì)錨桿受力及圍巖位移進(jìn)行適時(shí)觀測(cè)）；（4）信息反饋和修改、完善設(shè)計(jì)（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)與曲線與初始設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比，若相同則證明初始設(shè)計(jì)正確，否則應(yīng)修正初始設(shè)計(jì)，調(diào)整錨固結(jié)構(gòu)和參數(shù)，完成最終設(shè)計(jì)）。這個(gè)設(shè)計(jì)方法已被證明是成功的。據(jù)報(bào)導(dǎo)，英國(guó)專(zhuān)門(mén)制定了技術(shù)規(guī)范明確要求必須通過(guò)實(shí)測(cè)進(jìn)行錨固設(shè)計(jì)［2］。

13關(guān)于巖體錨固參數(shù)

巖體錨固參數(shù)一般包括錨固類(lèi)型（全錨或端錨）、錨桿結(jié)構(gòu)、材質(zhì)選擇及形式、錨桿長(zhǎng)度、錨桿直徑、錨桿間排距、粘結(jié)劑類(lèi)型及相關(guān)參數(shù)、托盤(pán)與螺母等等。巖體錨固參數(shù)的選擇與確定是巖體錨固成敗的關(guān)鍵，國(guó)外對(duì)此十分重視。目前就錨桿材質(zhì)而言，國(guó)外雖然普通錨桿（δs＜340MPa）、高強(qiáng)度錨桿（δs=340～600MPa）及超高強(qiáng)（度）錨桿（δs＞600MPa）3種類(lèi)型的錨桿材質(zhì)均在使用，但以高強(qiáng)、超高強(qiáng)居多。如澳大利亞近年一直未間斷對(duì)高強(qiáng)度錨桿材質(zhì)用鋼進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究，1983年研究了HS1045高強(qiáng)度錨桿用鋼，當(dāng)錨桿直徑為22mm時(shí)，桿體破斷載荷達(dá)240kN，后來(lái)進(jìn)一步發(fā)展了AX超高強(qiáng)度鋼，屈服載荷達(dá)240kN，破斷載荷可達(dá)340kN，延伸率為15%～27％。目前正在研制一種超高強(qiáng)度錨桿，其破斷載荷可達(dá)400kN以上，但延伸率低于15％，現(xiàn)正在解決這個(gè)問(wèn)題。其它國(guó)家亦是此趨勢(shì)，如英國(guó)接近AX，日本為AX，美國(guó)介于HS與AX之間。就錨固劑和錨固方式而言，國(guó)外一般使用樹(shù)脂藥卷和全長(zhǎng)錨固方式；就外聯(lián)接固定件如托盤(pán)、螺母及墊圈等，國(guó)外非常重視其與錨桿以及圍巖表面的接觸和配合關(guān)系，如螺母的配套、在螺母與托盤(pán)間使用增壓墊圈等，更重要的是為避免托盤(pán)中心線與錨桿中心線不一致會(huì)產(chǎn)生偏心荷載，國(guó)外還專(zhuān)門(mén)研究開(kāi)發(fā)了各種類(lèi)型的托盤(pán)配套體系，如拱形球體與拱形托盤(pán)、高強(qiáng)度偏心托盤(pán)、蝶形托盤(pán)等。美國(guó)對(duì)托盤(pán)制訂的國(guó)家材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)（ASTM）規(guī)定托盤(pán)的最低極限尺寸是152×152mm，且該面積不是托盤(pán)與頂板的接觸面積而是托盤(pán)覆蓋頂板的面積。對(duì)于錨桿長(zhǎng)度，澳、英兩國(guó)一般為24m，美國(guó)一般為12～18m，近年澳、美等國(guó)提出了錨桿有一合理長(zhǎng)度的概念；對(duì)于錨桿直徑，國(guó)外多數(shù)選用22mm，澳大利亞研究表明：錨桿直徑與鉆孔直徑及樹(shù)脂卷直徑三者存在著最佳匹配關(guān)系?？偟膩?lái)說(shuō)，采用高強(qiáng)度、大延伸率錨桿以及對(duì)錨桿施加一定的初錨力（預(yù)應(yīng)力），有利于控制圍巖變形和增加圍壓，這在國(guó)外已成共識(shí)。對(duì)于初錨力，澳大利亞研究證明：當(dāng)初錨力達(dá)60～70kN以上時(shí)，可基本阻止下沉；美國(guó)的研究表明，當(dāng)錨桿長(zhǎng)度相同時(shí)，初錨力越大，其組合梁的垂曲就愈小?？傊?，高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力錨桿加固體系在國(guó)外已呈趨勢(shì)。

2國(guó)內(nèi)錨固技術(shù)與理論研究的發(fā)展現(xiàn)狀

21〓錨固技術(shù)的發(fā)展階段

我國(guó)在1955年開(kāi)始使用錨桿，但只是在近些年，我國(guó)錨固技術(shù)尤其是煤炭錨桿支護(hù)技術(shù)才得到迅速發(fā)展。回顧我國(guó)錨固技術(shù)的發(fā)展，大體可分3個(gè)階段：（1）初期階段。50～60年代，以鋼絲繩水泥砂漿錨桿為代表，錨桿沒(méi)有托板（盤(pán)），錨桿相互間缺乏聯(lián)系，在這種情況下，錨桿只起懸吊作用，被動(dòng)承載而不與圍巖共同作用。當(dāng)時(shí)由于盲目擴(kuò)大這類(lèi)錨桿的應(yīng)用范圍，致使部分井巷冒頂失修，實(shí)際上阻礙了錨桿支護(hù)的發(fā)展。(2)組合錨桿支護(hù)階段。70～80年代，國(guó)家“七五”和“八五”科技攻關(guān)將錨桿支護(hù)定為軟巖支護(hù)的主攻方向之一，使錨桿支護(hù)技術(shù)有了新的發(fā)展，進(jìn)入了以鋼帶網(wǎng)和錨梁網(wǎng)為代表的組合錨桿支護(hù)階段。盡管這一階段開(kāi)發(fā)了多種結(jié)構(gòu)形式的錨桿如各結(jié)構(gòu)形式的可拉伸錨桿等，但仍以水泥藥卷鋼筋錨桿為主且尾部增加了托盤(pán)（板）和螺母。這一階段中雖然也提出了錨桿施加預(yù)緊力問(wèn)題，如我國(guó)規(guī)范規(guī)定錨桿螺母擰緊扭矩不應(yīng)小于100N·m（對(duì)于16mm錨桿相應(yīng)的預(yù)緊力不足20kN），然而規(guī)定的數(shù)值過(guò)低，施工中又缺乏保證，因而圍巖和錨桿體系仍不能共同協(xié)調(diào)承擔(dān)載荷，固巖和錨桿易被“各個(gè)擊破”，限制了錨桿支護(hù)的進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用。（3）逐漸步入高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力錨桿體系階段。近年隨澳大利亞先進(jìn)錨固技術(shù)與理論在我國(guó)的實(shí)地演示以及由煤科院北京開(kāi)采所、建井所、上海分院和中國(guó)礦業(yè)大學(xué)與邢臺(tái)礦務(wù)局聯(lián)合對(duì)原煤炭部“九五”重大科技攻關(guān)項(xiàng)目《邢臺(tái)礦務(wù)局煤巷錨桿支護(hù)成套技術(shù)研究》的攻關(guān)，在設(shè)計(jì)方法、錨桿材質(zhì)、監(jiān)測(cè)儀器、單體錨桿鉆機(jī)、快速安裝、部分復(fù)雜困難條件的煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)等6個(gè)方面共15個(gè)研究子項(xiàng)目中，取得了一批代表國(guó)內(nèi)水平的具先進(jìn)性及實(shí)用性的成果，使我國(guó)煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)水平上了一個(gè)新臺(tái)階，步入了一個(gè)新的發(fā)展階段。具體表現(xiàn)為:①以地應(yīng)力為基礎(chǔ)的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法已初見(jiàn)效果并漸漸發(fā)展成熟；②開(kāi)始采用高強(qiáng)度全長(zhǎng)錨桿支護(hù)系統(tǒng)，如邢臺(tái)局桿體材料選用20MnSi建筑用高強(qiáng)度螺紋鋼，桿體直徑采用大直徑22mm，采用全長(zhǎng)樹(shù)脂錨固并使用碟形托盤(pán)及高強(qiáng)度螺母，為提高錨桿預(yù)緊力創(chuàng)造了條件。據(jù)試驗(yàn)，22mm無(wú)縱筋左旋螺紋鋼錨桿經(jīng)熱處理后其屈服載荷為254kN，延伸率為20％，與澳大利亞相當(dāng)，取得了顯著的支護(hù)效果；③開(kāi)發(fā)研制的離層指示儀和測(cè)力錨桿為實(shí)施圍巖動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)方法提供了技術(shù)支持手段。

22理論研究現(xiàn)狀

221錨桿加固圍巖的作用機(jī)理研究

國(guó)內(nèi)在對(duì)公認(rèn)的錨桿加固圍巖的三大機(jī)理基礎(chǔ)上，對(duì)其機(jī)理的行為特征具體給出了以下解釋。(1)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)提出巷道錨固圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論，其要點(diǎn)是:①錨桿加固圍巖的實(shí)質(zhì)是改變了巷道圍巖的受力狀況，增加了圍壓，從而提高了巖石的力學(xué)參數(shù)（δ、E、C、），改善被錨固巖體的力學(xué)性能；②巷道圍巖存在著破碎區(qū)（松動(dòng)區(qū)）、塑性區(qū)、彈性區(qū)，錨桿錨固區(qū)域內(nèi)的巖體的峰值強(qiáng)度或峰后強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度都能得到強(qiáng)化；③能較好地控制圍巖破碎區(qū)、塑性區(qū)的發(fā)展，從而更有利于保持巷道圍巖的穩(wěn)定。(2）煤炭科學(xué)研究總院北京開(kāi)采所對(duì)煤巷錨桿加固作用機(jī)理的研究表明：錨桿加固對(duì)于提高圍巖自身的最大承載能力沒(méi)有明顯的效果，但在圍巖產(chǎn)生塑性破壞后，對(duì)提高圍巖的殘余強(qiáng)度及承載能力有顯著作用。在周?chē)?，錨桿與其錨固范圍內(nèi)的巖石構(gòu)成一種錨固支護(hù)體，當(dāng)這個(gè)錨固體中的巖石在圍巖集中應(yīng)力作用下發(fā)生破壞時(shí)，其承載能力降低并產(chǎn)生變形，同時(shí)圍巖的集中應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移，使錨固體卸載。在此過(guò)程中，錨固體通過(guò)錨桿的約束作用和抗剪作用，使塑性破壞后易于松動(dòng)的巖石構(gòu)成具有一定承載能力和適應(yīng)自身變形卸載的錨固平衡拱。

222錨桿加固設(shè)計(jì)理論的研究

國(guó)內(nèi)目前錨桿加固設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇方法基本上還停留在經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，即工程類(lèi)比法是主要的設(shè)計(jì)方法。近年隨研究的深入，國(guó)內(nèi)亦漸漸應(yīng)用理論方法，有影響的主要有以下3種設(shè)計(jì)理論。（1）巷道圍巖松動(dòng)圈支護(hù)理論［11］。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)董方庭教授等提出了松動(dòng)圈支護(hù)理論。該理論認(rèn)為：圍巖松動(dòng)圈是開(kāi)巷后地應(yīng)力超過(guò)圍巖強(qiáng)度的結(jié)果，在現(xiàn)有支護(hù)條件下，試圖采用支護(hù)手段阻止圍巖的松動(dòng)破動(dòng)是不可能的。松動(dòng)圈越大，收斂變形越大，支護(hù)就愈困難。因此松動(dòng)圈理論認(rèn)為，支護(hù)的作用是限制圍巖松動(dòng)圈形成過(guò)程中碎脹力所造成的有害變形。該理論的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、直觀，對(duì)中小松動(dòng)圈有極重要價(jià)值，但對(duì)大松動(dòng)圈尤其是高應(yīng)力軟巖以及采準(zhǔn)，實(shí)踐表明，該理論有一定的局限性。（2）全長(zhǎng)錨固中性點(diǎn)理論。東北大學(xué)王明恕等提出了全長(zhǎng)錨固中性點(diǎn)理論。該理論認(rèn)為在靠近巖石壁面部分（錨桿尾部），錨桿阻止圍巖向壁面變形，剪力指向壁面。在圍巖深處（錨桿頭部），圍巖阻止錨桿向壁面方向移動(dòng)，剪力背向壁面，錨桿上剪力指向相背的分界點(diǎn)，稱為中性點(diǎn)，該點(diǎn)處剪應(yīng)力為零，軸向拉應(yīng)力為最大，由中性點(diǎn)向錨桿兩端剪應(yīng)力逐漸增大，軸向拉應(yīng)力逐漸減少。該理論近年在國(guó)內(nèi)理論分析中其“中性點(diǎn)”觀點(diǎn)，被普遍接受，但其理論形式及應(yīng)用尚存在著爭(zhēng)議，因?yàn)樗y以解釋錨桿尾部的斷裂機(jī)理，有人認(rèn)為該理論假設(shè)是未計(jì)托盤(pán)影響的結(jié)果。（3）地應(yīng)力為基礎(chǔ)的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)理論研究。1998年，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、煤科總院北京開(kāi)采所與邢臺(tái)礦務(wù)局聯(lián)合研究，在國(guó)內(nèi)首次提出了“地應(yīng)力為基礎(chǔ)的煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法研究”，該支護(hù)設(shè)計(jì)理論應(yīng)用“地質(zhì)力學(xué)評(píng)估－初始設(shè)計(jì)－現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)－反饋信息－修改設(shè)計(jì)”這種以地應(yīng)力為基礎(chǔ)、充分考慮水平地應(yīng)力作用的動(dòng)態(tài)煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法，編制了集地質(zhì)力學(xué)參數(shù)處理、利用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)反饋的信息對(duì)初始設(shè)計(jì)進(jìn)行修改于一體的煤巷錨桿支護(hù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件。這種方法已應(yīng)用于邢臺(tái)、新汶、開(kāi)灤局等多個(gè)礦井的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)中，取得了顯著效果。

223巖體錨固參數(shù)的研究

國(guó)內(nèi)對(duì)巖體錨固參數(shù)的研究偏重于錨桿長(zhǎng)度和錨桿直徑，研究表明：錨桿長(zhǎng)度和錨桿直徑都存在著極限值，并不是通常認(rèn)為的愈長(zhǎng)愈好和愈粗愈好。具有代表性的研究結(jié)果有以下幾個(gè)方面。（1）最早提出“中性點(diǎn)”理論的東北大學(xué)王明恕等人認(rèn)為：對(duì)全長(zhǎng)錨固錨桿的長(zhǎng)度由錨桿尾部剪應(yīng)力不超過(guò)粘結(jié)劑的極限粘結(jié)強(qiáng)度決定，巖石愈松軟，巷道斷面愈大，錨桿的極限長(zhǎng)度愈小。認(rèn)為對(duì)錨桿直徑為20mm～25mm時(shí)，錨桿長(zhǎng)度難以超過(guò)2.5m。而對(duì)錨桿直徑，認(rèn)為錨桿的極限直徑是根據(jù)桿體的最大軸向力和最大剪應(yīng)力同時(shí)達(dá)到極限值來(lái)決定。（2）中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京校區(qū)）袁文伯等人基于彈塑性理論分析認(rèn)為：錨桿的極限長(zhǎng)度宜大于塑性區(qū)厚度且不宜過(guò)多地超出塑性區(qū)范圍，其理論依據(jù)是，在塑性區(qū)錨桿產(chǎn)生的拉應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于彈性區(qū)，錨桿過(guò)長(zhǎng)帶來(lái)作用效率降低且不經(jīng)濟(jì)；對(duì)錨桿直徑，認(rèn)為其僅與最大剪應(yīng)力有關(guān)，由于粘結(jié)層強(qiáng)度的限制，故錨桿存在著極限直徑。（3）空軍工程學(xué)院鄭穎人等利用計(jì)算機(jī)通過(guò)對(duì)近萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)的分析，對(duì)錨噴錨桿長(zhǎng)度與錨桿直徑與噴層厚度（反映圍巖壓力大?。?，錨桿提供的附加支護(hù)抗力（反映錨桿受力狀態(tài)），以及圍巖穩(wěn)定的安全系數(shù)K2（＝Pi/P靜，Pi噴層支護(hù)抗力，P靜對(duì)應(yīng)最小破裂松動(dòng)區(qū)荷載）和錨桿安全系數(shù)K1（＝δp/δ,δp錨桿材質(zhì)的抗拉強(qiáng)度，δ為錨桿應(yīng)力）之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，錨桿長(zhǎng)度和錨桿直徑都存在著一合理值。（4）中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京校區(qū)）馬念杰等人對(duì)錨桿直徑、鉆孔直徑與錨固藥卷直徑的參數(shù)匹配對(duì)支護(hù)效果、成本和效率等因素進(jìn)行了深入而詳細(xì)的研究。研究結(jié)果表明：“三徑”存在著最佳匹配關(guān)系，合理的三徑匹配可提高錨桿錨固力，改善錨桿對(duì)圍巖的支護(hù)效果，有效地控制了圍巖變形和降低了支護(hù)費(fèi)用。

3存在的問(wèn)題及研究方向

31關(guān)于巖體錨固系統(tǒng)研究

巖體錨固系統(tǒng)與通常意義上的錨桿支護(hù)是兩個(gè)不同的概念，錨桿支護(hù)重在研究錨桿的本身行為，它難以解釋為什么同一錨桿對(duì)不同巖性、不同錨固方式、不同粘接劑以及不同的托盤(pán)系統(tǒng)而錨固效果卻差距很大。事實(shí)上不論對(duì)端錨或全錨，其都可被視作系統(tǒng)，它們是巖體錨固系統(tǒng)的兩大基本分類(lèi)。全錨或端錨系統(tǒng)都可視為由圍巖體（錨固長(zhǎng)度范圍內(nèi)）、錨桿、內(nèi)部固定物如粘結(jié)劑以及外部固定物如托盤(pán)、螺母等四大要素構(gòu)成。這四個(gè)要素之間互相作用，共同完成加固圍巖的功能并與周?chē)缤獠炕蛏畈繃鷰r體環(huán)境進(jìn)行力傳遞作用，這四個(gè)要素構(gòu)成巖體錨固系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，隨系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不同匹配組合，系統(tǒng)相應(yīng)產(chǎn)生不同的功能如串聯(lián)或并聯(lián)功能。系統(tǒng)的功能體現(xiàn)是四個(gè)要素之間相互作用匹配耦合的結(jié)果，任何一個(gè)要素的功能體現(xiàn)都是在規(guī)定其它要素功能的基礎(chǔ)之上，它不可能超越系統(tǒng)的功能。由巖體錨固系統(tǒng)很容易解釋單一錨桿支護(hù)系統(tǒng)所不能解釋的一些問(wèn)題。就目前，從總體上看來(lái)，錨固技術(shù)的研究仍滯留在以錨桿為主體的研究水平上，尚沒(méi)有上升到把錨固技術(shù)看作一個(gè)系統(tǒng)來(lái)作整體研究。雖然國(guó)內(nèi)外目前都沒(méi)有對(duì)巖體錨固系統(tǒng)作系統(tǒng)深入地研究，但相比之下，國(guó)外如文獻(xiàn)已提及錨固系統(tǒng)這個(gè)技術(shù)術(shù)語(yǔ)及要素構(gòu)成，但遺憾的是沒(méi)有給出具體的概念及進(jìn)一步研究；國(guó)內(nèi)如文獻(xiàn)僅從內(nèi)涵上隱約體現(xiàn)了系統(tǒng)的思想，遠(yuǎn)落后于國(guó)外。建立巖體錨固系統(tǒng)的概念是重要的，因?yàn)樗梢钥朔^(guò)去單一重視錨桿本身行為的弊端，從而可以充分發(fā)揮系統(tǒng)各要素的功能，以使系統(tǒng)達(dá)到最佳工作狀態(tài)；另一方面對(duì)巖體錨固系統(tǒng)進(jìn)行研究，必將對(duì)錨固機(jī)理的闡明、錨固力學(xué)特性研究以及錨固工程參數(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)踐都有著重要的意義。

32關(guān)于巖體錨固的作用機(jī)理研究

就目前來(lái)看，國(guó)內(nèi)外巖體錨固的作用機(jī)理研究仍是對(duì)三大作用機(jī)理的具體解釋和說(shuō)明，實(shí)質(zhì)上是對(duì)其的進(jìn)一步補(bǔ)充和完善。因此現(xiàn)有機(jī)理的研究很難從本質(zhì)上清楚解釋為什么錨桿有別于其它支護(hù)形式而能有效地控制圍巖大變形且用料極省。若從單一錨桿的研究角度出發(fā)，無(wú)非是用前述的錨桿加固圍巖強(qiáng)化觀點(diǎn)及加固承載觀點(diǎn)等，這仍是一種宏觀討論，遠(yuǎn)不能有效解釋。但若從巖體錨固系統(tǒng)出發(fā)，因系統(tǒng)的作用對(duì)象是圍巖體本身，所以就可歸結(jié)到系統(tǒng)要素之一圍巖體本身的變形機(jī)制來(lái)分析討論，因巖體錨固系統(tǒng)具有強(qiáng)度和柔性雙重屬性，所以巖體錨固系統(tǒng)區(qū)別于其它支護(hù)形式的核心在于它不僅能從內(nèi)部有效地控制圍巖變形的核心部分——結(jié)構(gòu)變形（結(jié)構(gòu)變形在圍巖變形中占較大比重），而且能適應(yīng)隨圍巖開(kāi)挖持續(xù)的巖石材料變形（僅占很小比重）。因此從巖體錨固系統(tǒng)出發(fā)，以巖體結(jié)構(gòu)為研究中心，是巖體錨固作用機(jī)理的研究方向。

33關(guān)于錨桿加固圍巖的承載結(jié)構(gòu)研究

錨桿加固圍巖能形成承載結(jié)構(gòu)已被國(guó)內(nèi)外認(rèn)可，目前存在兩個(gè)基本觀點(diǎn)，一種觀點(diǎn)認(rèn)為是承載梁結(jié)構(gòu)；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為是承載拱結(jié)構(gòu)。這實(shí)質(zhì)上是基于以錨桿為主體的研究思想。事實(shí)上，從巖體錨固系統(tǒng)出發(fā)，梁、拱結(jié)構(gòu)并不是弧立存在而是互相統(tǒng)一的，若把巖體錨固系統(tǒng)看作一個(gè)結(jié)構(gòu)體系，這二者僅是錨桿加固圍巖形成的次生結(jié)構(gòu)的不同表現(xiàn)形式。次生結(jié)構(gòu)形式的變化及穩(wěn)定與否，取決于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系。如次生結(jié)構(gòu)有可能在錨固的最初階段表現(xiàn)為梁結(jié)構(gòu)（矩形巷道）或拱結(jié)構(gòu)（曲線），若系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系保持不變或變化不大，則次生結(jié)構(gòu)狀態(tài)保持不變，若是變化亦僅作位置的相應(yīng)調(diào)整；但若結(jié)構(gòu)體系變化較大，次生結(jié)構(gòu)隨之作動(dòng)態(tài)調(diào)整，若調(diào)節(jié)匹配耦合，最終梁、拱結(jié)構(gòu)都將