[发明专利]一种基于裂隙和能量演化的锚杆支护效果评价方法

权利要求书

1.一种基于裂隙和能量演化的锚杆支护效果评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：巷道钻孔获取煤芯，将煤芯制成标准的煤样进行单轴压缩实验，所述单轴压缩实验包括测试煤样的单轴抗压强度和弹性模量；

S2：利用UDEC-Trigon方法建立煤样单轴压缩数值模型，采用试错法修正单轴压缩数值模型中煤样的法向刚度、切向刚度、内聚力、摩擦角、抗拉强度参数，使单轴压缩数值模型模拟结果与步骤S1中的单轴压缩实验结果相匹配；利用UDEC-Trigon方法建立锚杆模型，计算锚杆模型中弹性模量、屈服强度、锚固刚度、锚固力的输入参数；并根据锚杆模型和修正后的煤样单轴压缩数值模型建立锚固体模型；

S3：通过S2建立的锚固体模型研究施加不同预紧力时锚固体在加载过程中的能量演化特征，锚固体在加载过程中的能量包括边界功、弹性应变能、裂隙摩擦做功、塑性变形做功和声发射释放能量；

S4：根据锚固体模型模拟结果，对比分析施加不同预紧力时锚固体内裂隙的数量、种类、分布特征及锚固体损伤度，根据锚固体内裂隙发育情况绘制锚固体损伤曲线，结合锚固体轴向应力演化和能量演化特征把锚固体破坏分为裂隙产生阶段Ⅰ、裂隙快速发育阶段Ⅱ、峰后阶段Ⅲ三个阶段，分析不同预紧力下锚固体的裂隙发育情况和变形破坏特征，确定预紧力对锚固体破坏程度的影响；

S5：根据步骤S3和S4确定的锚固体加载过程中的能量演化特征、裂隙发育情况、变形破坏特征，建立预紧力-能量-锚固效果之间的关系评价锚杆支护效果。

2.根据权利要求1所述的一种基于裂隙和能量演化的锚杆支护效果评价方法，其特征在于，步骤S3中研究施加不同预紧力时锚固体在加载过程中的能量演化特征具体包括：实时监测锚固体在加载过程中能量的演化情况，记录不同预紧力下锚固体内能量数据，分析不同预紧力下能量演化过程的差异，绘制能量演化过程图，建立预紧力与能量演化的关系。

3.根据权利要求1所述的一种基于裂隙和能量演化的锚杆支护效果评价方法，其特征在于，步骤S3中锚固体在加载过程中的各个能量之间的关系为：

W＝W_f+W_p+U^r+U^e

式中，W为边界功，KJ；W_f为裂隙摩擦做功，KJ；W_p为塑性变形做功，KJ；U^r为声发射释放能量，KJ；U^e为弹性应变能，KJ。

4.根据权利要求1所述的一种基于裂隙和能量演化的锚杆支护效果评价方法，其特征在于，步骤S4中损伤度计算表达式为：

式中，L_c为锚固体内裂隙总长度，m；L_s为锚固体内剪切裂隙总长度，m；L_t为锚固体内拉伸裂隙总长度，m。