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　　對(duì)巷道、硐室圍巖穩(wěn)定性的研究與研究地面建筑穩(wěn)定性相似，地面建筑的穩(wěn)定性有其自身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和外部荷載決定，所以圍巖的穩(wěn)定性也取決于兩個(gè)方面：一方面是圍巖所受應(yīng)力狀態(tài)，即其所承載的載荷；另一方面是圍巖本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和力學(xué)特性，即其自身穩(wěn)定性。所以圍巖的失穩(wěn)就是其所受應(yīng)力超過(guò)了圍巖本身的強(qiáng)度范圍，而形成一個(gè)連續(xù)的貫通區(qū)及滑動(dòng)面，導(dǎo)致圍巖變形、破壞、失穩(wěn)。因此，圍巖穩(wěn)定性研究發(fā)展的過(guò)程也就是圍巖應(yīng)力理論研究發(fā)展的過(guò)程。

 

　　隨著工程技術(shù)的發(fā)展，人類需求的增加，巷道及其他地下工程的開挖也向深部發(fā)展，逐漸發(fā)現(xiàn)古典壓力理論不能正確解釋實(shí)際工程中的情況。根據(jù)當(dāng)時(shí)的支護(hù)形式和施工水平，應(yīng)力理論逐步發(fā)展形成了散體壓力理論，該理論認(rèn)為支護(hù)結(jié)構(gòu)所承受的礦山壓力不是其上覆巖層的重量，而是巷道圍巖松動(dòng)破壞，形成坍落拱內(nèi)的巖體的重量。當(dāng)時(shí)太沙基和曾氏理論被大家所接受。他們都認(rèn)為坍落拱的高度與巷道、硐室的跨度及圍巖的性質(zhì)有關(guān)。但是，前者認(rèn)為坍落拱形狀是矩形，后者認(rèn)為坍落拱形狀是拋物線形。

 

　　“圍巖松動(dòng)、坍落能夠自行穩(wěn)定，自行穩(wěn)定后的圍巖又具有自承能力”是巷道圍巖經(jīng)常發(fā)生的一種現(xiàn)象?！遁S變論》從理論上論證了該現(xiàn)象的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程。該理論認(rèn)為：巷道圍巖坍落又能自行穩(wěn)定的現(xiàn)象可以用彈性理論進(jìn)行分析解釋，因?yàn)閲鷰r應(yīng)力超過(guò)了巖休的強(qiáng)度極限使圍巖受到破壞，圍巖坍落改變了巷道的軸比，使巖體應(yīng)力重新分布，而應(yīng)力重分布導(dǎo)致巖體中高應(yīng)力下降，低應(yīng)力上升，并且向拉力和應(yīng)力均勻分布發(fā)展，直到穩(wěn)定而停止。應(yīng)力均勻分布的巷道軸比使巷道圍巖處于最穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)巷道形狀是橢圓形。

 

　　上世紀(jì)六十年代，考慮到支護(hù)與圍巖共同作用的彈塑性理論解和圍巖節(jié)理、裂隙的計(jì)算解。利用共同作用的理論來(lái)分析解決實(shí)際工程問(wèn)題，要把圍巖和支護(hù)的共同變形與支護(hù)上的作用力（圍巖壓力）、支護(hù)剛度、支護(hù)時(shí)間等關(guān)系正確的聯(lián)系起來(lái)，就必須依據(jù)原巖體應(yīng)力為前提條件，進(jìn)行理論分析。但是由于計(jì)算所需要的巖石力學(xué)參數(shù)準(zhǔn)確確定比較困難、不能正確估計(jì)支護(hù)前圍巖的變形量、不能全面解釋圍巖破壞的機(jī)理，并且沒(méi)有判斷圍巖破壞、失穩(wěn)的準(zhǔn)則等。所以，通過(guò)共同作用理論計(jì)算得到的結(jié)果，對(duì)巷道設(shè)計(jì)只能作為一般的參考。這種方法主要是在工程地質(zhì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)極限平衡理論研究巖塊的形狀和大小及其坍落條件來(lái)分析圍巖穩(wěn)定條件的方法。

 

　　時(shí)至今日，圍壓理論已經(jīng)有了很大的發(fā)展，但各種理論任然處在驗(yàn)證和發(fā)展之中，隨著圍壓理論的發(fā)展，也出現(xiàn)了許多圍巖穩(wěn)定判斷的方法，但是以據(jù)經(jīng)驗(yàn)的工程類比的方法和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)方法還占有重要的地位。不管用什么方法判斷圍巖的穩(wěn)定性，僅僅采用一種理論，用一種方法預(yù)測(cè)和判斷各種不同目的和不同地質(zhì)條件下的地下工程圍巖穩(wěn)定是不現(xiàn)實(shí)、不可靠的。

 

 

　　1.1錨固長(zhǎng)度

 

　　根據(jù)波阻抗定義，固結(jié)段的上界面可認(rèn)為波阻抗增大，固結(jié)段的下界面可認(rèn)為波阻抗減小。應(yīng)力波到達(dá)固結(jié)段的上、下界面發(fā)生的反射，分別稱之為固端反射與底端反射。經(jīng)過(guò)分析，固端反射信號(hào)與首波信號(hào)相位相反，而底端反射信號(hào)于首波信號(hào)相位相同。如果已知錨桿的長(zhǎng)度，并在波動(dòng)曲線上，分別識(shí)別出首波信號(hào)、固端反射信號(hào)與底端反射信號(hào)，讀出固端反射時(shí)間與底端反射時(shí)間t，并預(yù)先測(cè)出自由錨桿內(nèi)的彈性應(yīng)力波速，那么就可以計(jì)算錨桿的自由段長(zhǎng)度，錨固段長(zhǎng)度與固結(jié)波速。

 

　　1.2錨桿工作荷載

 

　　表錨桿在支承狀態(tài)下的工作荷載是錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)實(shí)際使用過(guò)程中的重要參數(shù)。理論研究表明：端錨錨桿的工作荷載與其在端頭激振狀態(tài)下自振頻率顯著相關(guān)。錨桿的工作載荷（F）與其在激發(fā)載荷作用下系統(tǒng)的振動(dòng)頻率（基頻）呈冪函數(shù)關(guān)系。即有：

 

　　（2）

 

　　式中：L為錨桿的長(zhǎng)度；f為錨桿的振動(dòng)頻率；為錨桿體中的縱波傳播速度；E為錨桿彈性模量；A為錨桿的橫截面積。

 

　　這樣就可在同類圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)條件下，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)拉拔、動(dòng)測(cè)標(biāo)定得出相應(yīng)載荷—基頻關(guān)系的標(biāo)定曲線，進(jìn)而通過(guò)實(shí)測(cè)響應(yīng)曲線的傅里葉變換求得其基頻，進(jìn)而確定其他錨桿的工作載荷。

 

 

　　錨桿錨固作用通過(guò)徑向錨固力能改變圍巖的受力狀態(tài)，即將圍巖由單向或雙向受力狀態(tài)轉(zhuǎn)化為三向應(yīng)力狀態(tài)，從而改善了圍巖受力狀態(tài)，提高了圍巖的穩(wěn)定性，起到了支護(hù)作用；切向錨固力提高了弱面的力學(xué)性質(zhì)，增加圍巖的強(qiáng)度，起到了加固作用，所以錨桿是支護(hù)和加固兩種作用的完美結(jié)合。

 

　?。?）錨桿支護(hù)對(duì)圍巖穩(wěn)定的控制作用

 

　　錨桿作為插入巷道圍巖內(nèi)部的一種隱蔽支護(hù)方式，它不但可以給巷道表面的圍巖通過(guò)托盤施加托錨力，對(duì)巷道圍巖起到支護(hù)作用，而且還可以給錨桿錨固范圍內(nèi)的巖體施加約束力，阻止巷道圍巖的變形，被錨桿錨固巖體的強(qiáng)度也得到了提高，此時(shí)，錨桿起到加固巷道圍巖作用。錨桿支護(hù)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)能夠使巷道的圍巖產(chǎn)生較小的變形時(shí)，就可以為圍巖提供較大的約束力即錨固力，錨固力能夠使巷道在開挖后處于臨界狀態(tài)的圍巖迅速調(diào)整到穩(wěn)定的狀態(tài)，從而獲得較高的自承載能力，快速、有效的控制圍巖的變形。由于錨桿對(duì)巷道圍巖提供的支護(hù)強(qiáng)度比圍巖自身的極限強(qiáng)度低的多（一般圍巖強(qiáng)度為錨桿支護(hù)強(qiáng)度的100倍以上），所以，錨桿對(duì)圍巖變形控制的作用十分明顯，在軟弱破碎圍巖條件下更為明顯。（2）圍巖性質(zhì)對(duì)錨桿的力學(xué)特性的影響

 

　　圍巖的力學(xué)特性往往決定了錨桿的實(shí)際工作性能，尤其是軟弱破碎圍巖的力學(xué)特性對(duì)錨桿的力學(xué)特性影響更為顯著。相同的錨桿、錨固劑以及錨固長(zhǎng)度，圍巖力學(xué)特性的不同，錨桿所承受的拉拔力也不相同，圍巖硬度越低、巖體越破碎，錨桿所能承受的拉拔力就越小，反之，就越大。圍巖峰后發(fā)生剪脹變形的過(guò)程對(duì)錨固力的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢(shì)有明顯的影響，在圍巖剪脹變形的過(guò)程中，應(yīng)變軟化特性是巷道錨桿支護(hù)所特有的力學(xué)特性。在軟弱破碎的圍巖條件下，圍巖的力學(xué)性質(zhì)對(duì)錨桿的力學(xué)特性影響顯著。

 

　　圍巖的力學(xué)特性決定了巷道錨桿與圍巖的相互作用關(guān)系。錨桿改變圍巖的力學(xué)特性，提高了圍巖的自承能力，減少圍巖的變形，維持了巷道圍巖的穩(wěn)定，錨桿對(duì)巷道圍巖控制作用顯著；反之，圍巖的力學(xué)特性也影響著錨桿的力學(xué)特性。所以，錨桿與圍巖是一種相互作用，相互影響、相互制約的關(guān)系，可以通過(guò)錨桿的受力情況，判斷圍巖穩(wěn)定狀態(tài)。

 

 

　　通過(guò)錨桿組群動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測(cè)得到錨桿的工作荷載，進(jìn)而對(duì)錨桿支護(hù)的巷道或硐室圍巖的穩(wěn)定性作出評(píng)估的一種新的方法。這種方法需要在要測(cè)試的巷道或硐室內(nèi)選擇一定的區(qū)域，對(duì)該區(qū)域的錨桿進(jìn)行逐一檢測(cè)出錨桿的工作荷載，如果所測(cè)的所有錨桿的工作荷載都在錨桿設(shè)計(jì)荷載的范圍之內(nèi)，就認(rèn)為該巷道的圍巖是穩(wěn)定的；如果在測(cè)試的所有錨桿之中有個(gè)別的錨桿的工作荷載接近或者大于其設(shè)計(jì)荷載的范圍，由彈性轉(zhuǎn)為塑性變形，并且其它的錨桿的工作荷載有逐漸增大的趨勢(shì)，那么就認(rèn)為巷道的圍巖有失穩(wěn)的趨勢(shì)和潛在的危險(xiǎn)；如果所測(cè)試區(qū)域大部分的錨桿的工作荷載都接近或超過(guò)其設(shè)計(jì)的荷載的范圍，那么就認(rèn)為該巷道或硐室面臨失穩(wěn)的危險(xiǎn)，具體判斷標(biāo)準(zhǔn)還需要在以后的工作、實(shí)驗(yàn)中得到逐步完善。