[发明专利]预紧力锚杆提高破碎围岩自承载力评价及参数选择方法

说明书

本发明公开了预紧力锚杆提高破碎围岩自承载力评价及参数选择方法。该方法主要针对工程常见的粘结力c＝(0.5～0.8)MPa、的破碎围岩，工程常用的螺纹钢高强锚杆，提出了以预应力Δσ_压较为均匀分布范围作为破碎围岩自承载结构厚度d，以破碎围岩自承载结构范围内预应力Δσ_压大小评价破碎围岩强度增量Δc、以破碎围岩自承载结构厚度d及强度增量Δc、作为破碎围岩自承载结构承载即锚杆提高破碎围岩自承载力评价指标。确定了破碎围岩自承载结构合理承载时合理锚杆参数选择方法。为工程中合理评价预紧力锚杆提高破碎围岩自承载力及合理锚杆参数选取提供了依据。

技术领域

本发明涉及破碎围岩支护领域，具体为根据预紧力锚杆在破碎围岩中形成的预应力分布及大小来分析破碎围岩自承载力增加程度；进而提出预紧力锚杆合理支护参数选择方法，使破碎围岩自承载结构合理承载。

背景技术

地面隧道工程、地下轨道交通工程以及深部煤炭开采工程等都广泛存在断层破碎带，由于围岩破碎、围岩强度低以及自稳能力差，工程中破碎岩石大范围冒落形成难以自稳冒落带进而造成安全事故时有发生，严重影响工程安全施工及安全使用，提高破碎围岩自承载能力及自稳能力有工程实用价值。

如附图1，在破碎围岩中施加预紧力锚杆，预紧力锚杆与破碎围岩共同作用形成破碎围岩自承载结构，进而提高破碎围岩自承载力在工程中已经得到应用，但主要依靠经验确定。如何评价预紧力锚杆提高破碎围岩自承载力的程度，从而有依据选择合理预紧力锚杆参数使破碎围岩自承载结构承载合理还未有报道。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种评价预紧力锚杆提高破碎围岩自承载力程度的方法，进而选择合理的预紧力锚杆参数保证破碎围岩自承载结构合理承载。具体说是以预应力锚杆在破碎围岩中形成较为均匀的预应力范围及该范围内预应力值作为指标对破碎围岩自承载结构承载能力进行评价，并依此对破碎围岩自承载力提高程度进行评价。通过分析预紧力锚杆参数对破碎围岩自承载结构承载能力的影响来选择合理预紧力锚杆参数，使破碎围岩自承载结构合理承载。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：预紧力锚杆提高破碎围岩自承载力评价及参数选择方法，包括以下步骤：

(1)破碎围岩力学参数确定。根据工程资料结合实测结果，确定破碎围岩粘结力c、内摩擦角以及弹性模量E、泊松比λ等力学参数；

(2)数值模拟分析。建立破碎围岩预应力Δσ_压分析的数值计算模型，分析锚杆预紧力F作用破碎围岩预应力Δσ_压大小、分布及叠加情况；

(3)围岩自承载结构承载表达。根据破碎围岩预应力Δσ_压分布，以预应力Δσ_压较为均匀分布范围作为破碎围岩自承载结构厚度d；根据自承载结构范围内破碎围岩较为均匀分布预应力Δσ_压确定自承载结构破碎围岩粘结力及内摩擦角等力学性能参数增量Δc、以破碎围岩自承载结构厚度d及强度增量Δc、作为破碎围岩自承载结构承载即锚杆提高破碎围岩自承载力评价指标。

(4)合理锚杆参数选择。分析锚杆预紧力F、锚杆长度l以及锚杆间排距a×b等参数对破碎围岩自承载结构承载影响，选择合理锚杆参数使破碎围岩自承载结构合理承载。

优选的，所述步骤(2)中数值计算模型为量化分析锚杆预紧力F在破碎围岩中形成的预应力大小Δσ_压及分布，预应力Δσ_压主要通过锚杆预紧力F＝0 以及锚杆预紧力F在破碎围岩中压应力差值来表达。优选采用FLAC3D软件进行计算模型的建立，见附图2。