锚杆支护机理

锚杆支护机理研究

摘要 研究了锚杆对岩石的加固机理，分析了锚杆对岩石的锚固作用，对岩体加固工程有很好的指导作用。 关键词 岩石工程 锚杆 加固

随着地下洞室及边坡支护等工程的发展，锚杆在岩石工程中的应用得到了很大发展，锚杆与围岩的相互作用机理、影响因素以及可能发生的失稳模式得到了深入研究。总结岩土锚固理论的研究与发展，锚杆对岩石的加固作用主要分以下几种： ⑴ 悬吊理论[1]

1952~1962年，louis.a.panek经过理论分析及实验室和现场测试，提出锚杆的作用是将软弱、松动、不稳定的土体悬吊到上覆坚硬岩层上（图2-10）；在软弱围岩中，锚杆的作用是直接将顶板的破碎岩石悬吊到其上部的自然平衡拱上（图2-11），拱高可采用普氏的压力拱理论估算。从图2-10，2-11可以看出，起悬吊作用的锚杆，主要是提供足够拉力，用以克服滑落岩土体的重力或下滑力，来维持工程稳定。

利用悬吊作用进行锚杆支护设计时，锚杆长度可根据坚硬岩层的高度或平衡拱的拱高来确定，锚杆的锚固力及布置可根据所悬吊岩层的重量来确定。悬吊作用很好的解释了锚固顶板范围内有坚硬岩层时的锚杆支护。跨度较大的软岩巷道中，普氏拱高往往超过锚杆长度，悬吊作用难以解释锚杆支护获得成功的原因。 ⑵ 组合梁理论[2]

1952年德国jacobio等发表的组合梁作用理论，实质上是通过锚杆的径向力作用将叠合梁的岩层挤紧，增大层间的摩擦力，同时锚杆的抗剪能力也阻止层间错动，从而将叠合梁转化为组合梁。图2-12是jacobio所作的叠合梁试验，在均布荷载下，组合梁的承载能力是叠合梁的n倍。

组合梁理论很好的解释了层状岩体锚杆的支护作用，但难以用于锚杆支护设计。根据组合梁作用原理，组合梁是保持岩体稳定的支护体，但组合梁的承载能力难以计算，组合梁形成和承载的过程中，锚杆的作用难以确定。在组合梁设计中，采用弹塑性分析得出的最小抗力来确定锚固力，往往难以精确反映软弱围岩的情况，同时将锚固力等同于框式支架的径向支护力也不太确切。 ⑶ 减跨理论[3]

在悬吊作用理论及组合梁作用理论的基础上，提出了减跨理论，该理论认为：锚杆末端固定在稳定岩层内，穿过薄层状顶板，每根锚杆相当于一个铰支点，将巷道顶板划分成小跨，从而是顶板挠度降低，其冒顶高度及顶板下沉量均有大幅度的降低，从而使巷道围岩更加稳定，见图2-13所示。

锚杆固定在稳定岩层内，距离巷道顶面较远，其对巷道顶板的悬吊作用并不像简支梁的支点那样，垂直位移为零，因而其内在缺陷是显而易见的。 ⑷ 组合拱理论[4]

早在1955年，t.l.v.rabcewicz就提出安装锚杆后使巷道围岩

中形成连续的压缩带（图2-14），锚杆的作用是使围岩中产生一定厚度的压缩带承受围岩压力的观点。70年代初美国t.a.lang和pender提出锚杆的拱形压缩带作用原理，t.a.lang通过二次元光弹性试验证实了拱形压缩带的存在。与拱形压缩带作用相似的还有组合拱作用。

拱形压缩带理论很好的解释了软弱围岩中锚杆的作用，它与组合梁理论类似，拱形压缩带的承载能力还难以确定，且很难与锚杆锚固强度联系起来。 ⑸ 销钉作用[5]

销钉作用表现为两方面：⑴利用锚杆将不稳定块体钉到深部稳定的围岩上；⑵软岩巷道围岩常发生压剪破坏，破坏了的岩体将沿最不利的滑移面滑动。如沿井巷周边径向布置锚杆，由于锚杆与滑移面斜交，锚杆就会起到防剪抗滑作用。

利用销钉作用进行锚杆支护设计，对于块状围岩的大型硐室，一般采用赤平投影先确定不稳定块体，而后进行锚杆支护设计。对于普通巷道由于不连续面的参数难以获得，以及计算分析工作量太大而难以进行。对于软岩巷道，锚固深度不应小于剪切滑移锲体的长度，锚杆间距应不超过锚固深度的1/2，锚固力不应小于围岩稳定所需的最小支护抗力。

软岩中的销钉作用是根据锚杆抵抗剪切滑移破坏提出的，但围岩破坏形式是复杂多样的，尤其是当剪切滑移破坏受到锚杆抑制时，围岩破坏可能会转变为其它形式，按照剪切滑移破坏设计的锚

杆难以适应实际围岩变形破坏的变化。

以上锚杆作用经典理论的主要特点是认为锚杆使岩体中形成有利于围岩稳定的结构，由于结构承受围岩压力，目前广泛地应用于我国锚杆支护设计，对于人们认识理解锚杆支护具有重要意义。 参考文献

[1] 董方庭等．建井工程手册[m]．中国矿业大学出版社, 1994．

[2] 沈季良等．建井工程手册[m]．煤炭工业出版社, 1986, 10．

[3] 张文轩, 张公开．井巷工程[m]．山西人民出版社, 19． [4] 井巷工程（修订本）, 中国矿业学院, 1984, 12． [5] 陆士良, 汤雷, 杨新安．锚杆锚固力与锚固技术[m]．煤炭工业出版社, 1998, 5．