锚固剂锚杆工程力学特性及应用研究

【摘要】岩土工程的锚固技术已经得到了工程界的认可，其良好的力学特性使之得到广泛地应用。现在不少研究者还在研究锚固剂锚杆工程更为深层的力学特性，以便促进锚固技术进一步地发展及应用，本研究将浅谈下锚固剂锚杆工程力学特性及应用。

【关键词】锚固剂；锚杆工程；力学特性

前言

近年来，锚固技术在土木、矿山工程中得到了广泛地应用，锚固技术使用的主要是锚杆，锚杆本身具有良好的力学性能、施工起来很简便，自从1912年美国阿伯施莱辛第一次将锚杆用于煤矿巷道的支护，该技术已拥有百年的历史，随着不断地研究锚杆的工程力学特性，拓宽了锚固技术的应用领域，现在研究锚固剂锚杆工程力学特性的课题成为当今社会关注的热点。

1、阐述锚固技术的相关内容

1.1小议锚固技术的含义

锚固技术，在专业领域成为岩体锚固技术，锚杆是该技术不可缺少的工具，主要是在土层或岩层中埋设锚杆。这样的目的为了让工程建筑能够通过锚杆与底层合为一体，锚杆主要的作用是与附近的土层形成剪应力结构，从而产生拉力，这样就使附近的地层更为牢固，提高了工程的力学稳定性。在土木、矿山工程中，采用锚固技术不但可以缩小工程的大小，减轻工程的自身重量，还可以节省经济成本。锚固技术的核心就是锚杆的力学特性，锚杆自身力学性能较佳、施工简便，现在很多该领域研究者一直在研究锚杆的材料，以前使用的主要是钢制锚杆，现在慢慢发展使用玻璃钢符合材料，因为使用不同的材料可以改变其界面力学特性，方能进一步拓展锚固技术的应用领域。

1.2浅析锚固剂锚杆的应用现状

刚才上文已经提到锚固技术的施工方法，主要使用的工具是锚杆，同时使用的锚杆有很多的种类，不同的锚杆有独有的力学特性，现在就将谈下锚固剂锚杆。该种锚杆不仅施工简便，而且经济成本较低，在巷道初期支护中得到广泛地应用。据不完全统计，在锚固技术中使用锚固剂锚杆的用量达到一半以上。尤其是近些年来，锚固剂锚杆不断地应用在有色金属矿工程中，说道金属矿工程，和普通的煤矿工程不一样，因为它们的工程地质和力学环境条件有一定的差异，在巷道围岩地压和变形表现出不同的力学性状，在地层与结构物之间采用锚杆支护，它属于主动支护技术，锚杆与岩层产生的剪应力可以承受巷道围岩地压与变形。在金属矿山工程中采用的是砂浆锚杆，这种类型的锚固剂锚杆有拉拔力较大、抗变形能力较强的特点，但是也有一些不可避免的缺点，施工起来较为繁琐，起到支护效果的时间有点慢，大倾角锚杆的注满度往往达不到设计要求等。为了进一步解决以上出现的问题，在保证安全、经济的基础上，来优化锚杆支护的参数，所以现在将研究锚固剂锚杆工程力学特性，来拓展其使用领域。

2、探析锚固剂锚杆工程力学特性

2.1分析工程地质的特征

现在将对某地区铁矿进行应用研究，先来分析该工程的地质特征。矿石主要包括块状、染状、斑块状、角砾状磁铁矿，对于块状磁铁矿而说，该岩性较为坚硬，稳定性较好，而浸染状和斑块状磁铁矿，表面致密、坚硬，稳定性不如块状磁铁矿好，角砾岩稳定性较差。对于近矿围岩来说，矿质主要为花岗岩、斑状花岗岩、矽卡岩、闪长岩等，这些岩层主要收到破坏、腐蚀等作用，这和远矿的围岩来比，稳定性就比较差。石英长石斑岩的强度比较高，稳定性中等，但是处于近矿处，则稳定性较差；花岗岩，成分主要包括钙、铁质等，稳定性中等；矽卡岩，如果它裸露在外表，该岩层容易因发生水解而崩塌，这种岩体稳定性极差；

闪长岩比较破碎，因为长期受到腐蚀的影响，稳定性很差。在开采矿山时，一般挖掘较深，对于深处的岩层来说，该矿体的水份很少。在该矿区，矿体和围岩的构造应力场与区域构造应力场基本一致，并且与矿体走向保持一致。开采深度300米至600米范围内，水平最大主应力与自重应力的比值在1.5至2.0之间，平均2.14。

2.2深度剖析锚固剂锚杆工程力学特性

现在先来分析拉拔力/变形与支护时间关系，这个测试试验主要是在该铁矿东南区地下350米的巷道中进行的，主要是对不同支护年龄的锚固剂锚杆进行了大量的测试，经过统计汇总，发现该数据呈现正态分布，以其均值作为该龄期的拉拔力/变形。从这个实测曲线可以发现，在施工前期时，锚固剂锚杆的拉拔力较低，经过五天之后，拉拔力第一个峰值，经过3天的稳定期，拉拔力强度大多数是峰值的一半，九天以后，拉拔力达到了第二个峰值，但是增长的幅度比较小，经过十天以后，则达到了平均最大拉拔力65 KN。而锚固剂锚杆的变形会随着施工年龄的不断增长，抗变形能力逐渐降低，即脆性大幅度地增大。现在再将锚固剂锚杆拉拔力与时间的曲线拟合，从该曲线发现其规律属于阶梯函数。然后将锚固剂锚杆变形与时间的曲线拟合，变形曲线可见，锚固剂锚杆变形表现为分段函数的形式。锚固剂锚杆拉拔力/变形随支护龄期的增加呈现的飞跃式的变化，这种变化与锚固剂材料有着很大的关系，一般的锚固剂主要是由水泥、凝剂、膨胀剂、砂子等组成，然后将其包装起来，在施工前还需要将其浸泡在水中一段时间。里面包含的速凝剂主要能够缩短凝固的时间，但是会降低混凝土的强度，而膨胀剂会阻止混凝土固化过程中收缩，还可以增强结实性。在锚固剂使用的砂子量很少，导致其强度较小，对不同年龄的锚杆进行破坏性的拉拔试验，破坏点主要是螺纹钢凸起螺纹之间的锚固剂被剪断，发现一个规律，随着锚杆年龄的增长，锚固剂的脆性变强，开始发生的拉伸摩擦，随后发生的是剪切作用。总之，锚固剂锚杆的变形是拉拔力的递增函数，安全系数随锚杆承受的巷道压力增加，安全系数逐渐减小。

3、探究巷道收敛变形监测、锚固剂锚杆支护安全系数

现在就需要对东南区地下400米深处进行收敛变形观测，测试的矿石属于块状磁铁矿，它的稳定性中等。通过观测可以得到，巷道初期收敛变形不大，但是在此变形过程中存在一定的波动性。经过数月后，收敛变形速度变得很快，甚至出现片帮的现象，会导致巷道失稳并发生破坏。另外，对其进行曲线拟合，根据大量的试验证明，在巷道施工初期时，收敛变形在平均线进行了一定的浮动，随着时间的增长，变形明显加快。通过实测的曲线就可以确定莫啊估计锚杆的支护安全系数，根据收敛检测的数据，可以推断出不同时期的支护安全系数。但是，如果支护的施工时期不到一个月时，需要事先查询该年龄的变形值，然后将这个数值除以实测收敛变形值，则得到了高锚杆的支护安全系数。其实，根据国家矿山工程的规定，安全系数在1.5至2是最安全的，如果安全系数大于2时，则设计的参数较为合理，如果大于4.5时，那么巷道支护的经济成本过高，但是如果安全系数小于1.5，巷道欠支护，需要进行巷道补强支护设计。

4、结语

通过对实际的铁矿进行试验证明，锚固剂锚杆的拉拔力/变形与支护时间的关系表现为阶梯函数，这个关系函数受到时间的制约，随着时间的推移，变形能力呈先增后减的趋势，说明该材料的脆性很大。另外，根据巷道收敛变形特性曲线，可以科学地推测出其安全系数，这样可以判断出锚杆支护的质量，最后优化了设计。因此，不断地进行锚固剂锚杆工程力学特性及应用研究，这样可以拓宽锚固技术的应用领域，为矿山工程建设带来更大的贡献。

参考文献

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