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　　作為預(yù)應(yīng)力讓壓均壓錨桿，就是通過錨固在巖體內(nèi)的樹脂與支護(hù)體外的托盤施加一定的預(yù)應(yīng)力，控制巷道圍巖的早期變形，消除頂板中的拉應(yīng)力區(qū)，將松動破裂的巖體錨固在上部未松動的巖層中。隨著圍巖的變形，錨桿施加給圍巖的力也越大，而錨桿受到的圍巖的反作用力也越大，如果一味地增加錨桿的強(qiáng)度，錨桿會很快被拉斷，這就需要錨桿具有一定的讓壓均壓性，在巷道圍巖蠕變階段錨桿能提供恒定的工作阻力，以保護(hù)錨桿不被拉斷失效，從而起到維護(hù)巷道穩(wěn)定的目的。

 

　　首先，運(yùn)用線彈性理論的解析法，著重分析在均勻、連續(xù)、各向同性巖體中的圓形洞室。預(yù)應(yīng)力錨桿沿圓形洞室徑向設(shè)置，且沿軸向等間距布置，分析計算在圍巖中產(chǎn)生的附加應(yīng)力，然后，將其推廣到具有不同開挖曲率半徑的洞室圍巖，得出預(yù)應(yīng)力錨桿提供給圍巖附加應(yīng)力狀態(tài)的普遍形式。

 

　　r為所研究平面內(nèi)任一點的徑向坐標(biāo)，E為彈性模量，v為泊松比。根據(jù)徑向應(yīng)力以壓應(yīng)力為正而拉應(yīng)力為負(fù)，徑向位移與分別為圍巖的彈性模r方向相反為正。根據(jù)以上各式，可以得出預(yù)應(yīng)力錨桿提供給圍巖的附加應(yīng)力和附加位移的大致分布。錨固產(chǎn)生的附加應(yīng)力基本上限于錨桿的有效長度范圍，這與圣維南原理相吻合，對遠(yuǎn)離該錨桿的其它錨桿之處影響很小。因此，當(dāng)洞室開挖邊界接近于圓弧狀，且用若干預(yù)應(yīng)力錨桿等間距加固時，錨固所產(chǎn)生的附加應(yīng)力除接近錨固點處比較復(fù)雜外，其余部分的分布則比較均勻。

 

　　預(yù)應(yīng)力在錨桿加固圍巖時，隨地下工程地質(zhì)條件的變化，圍巖的狀態(tài)也變得更加復(fù)雜，錨桿所要施加的預(yù)應(yīng)力也不相同。預(yù)應(yīng)力錨桿受力狀態(tài)也隨著圍巖條件的變化而變化，尤其是受動壓和反復(fù)采動影響的回采巷道，在不同的各種因素影響下會發(fā)生拉、剪、扭等力學(xué)現(xiàn)象。由于預(yù)應(yīng)力錨桿的作用機(jī)制比較復(fù)雜，很難用單一指標(biāo)來衡量預(yù)應(yīng)力錨桿的作用，只能要根據(jù)具體的地質(zhì)和采礦條件來分析其主要作用。預(yù)應(yīng)力錨桿對圍巖的加固作用主要有以下幾個方面：

 

　　２.１對圍巖表面提供支護(hù)抗力，改變了巷道開挖邊界的約束性質(zhì)，達(dá)到控制圍巖剪脹變形發(fā)展的目標(biāo)。

 

　　預(yù)應(yīng)力錨桿對圍巖加固作用原理是利用鋼材具有較高的抗拉強(qiáng)度和一定的抗剪強(qiáng)度加固圍巖。隨著巷道開挖的完成，圍巖的彈性變形和塑性變形即告結(jié)束，要維護(hù)巷道空間的穩(wěn)定，必須通過一定的手段來限制圍巖的進(jìn)一步變形，即剪脹變形的發(fā)展。在巷道開挖完成后，及時根據(jù)具體的條件安裝預(yù)應(yīng)力錨桿，通過預(yù)應(yīng)力錨桿主動給圍巖比較高的初撐力，能夠有效地阻止圍巖剪脹變形的發(fā)展。這一點可以通過預(yù)應(yīng)力錨桿的支護(hù)特征線得到很好解釋。

 

　?。?２加固圍巖，使破碎區(qū)及塑性區(qū)的巖體整體化，充分調(diào)動圍巖的自身承載能力，使其形成具有較高承載能力的組合梁或組合拱。

 

　　由于普通錨桿沒有預(yù)應(yīng)力，就像棚子支護(hù)一樣，屬于被動支護(hù)，只有當(dāng)巷道圍巖變形到一定程度時，錨桿才起作用；相比普通的錨桿來講，預(yù)應(yīng)力錨桿是在巷道掘進(jìn)后立即安裝錨桿，并且在高預(yù)應(yīng)力作用下盡可能使巷道圍巖由開挖后的單向應(yīng)力或雙向應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)殚_挖前的三向應(yīng)力狀態(tài)，這種支護(hù)屬于主動支護(hù)，它能夠盡可能快地控制頂板離層，消除頂板的拉應(yīng)力區(qū)，利用錨桿的預(yù)應(yīng)力將開挖后的軟弱巖層擠壓并懸吊在上方的穩(wěn)定巖層之中。

 

　　在預(yù)應(yīng)力錨桿的高預(yù)應(yīng)力作用下，對于破碎區(qū)的巖塊，一方面增大了巖塊之間的裂隙閉合、滑移面上的摩擦力；另一方面，由于錨桿是一種典型的異質(zhì)包體，它在巖體中起到了“銷釘作用”，增大了破壞面的抗剪強(qiáng)度，相當(dāng)于提高了破壞面的等效凝聚力。對于巷道頂板面臨的典型的層狀結(jié)構(gòu)地層，由于預(yù)應(yīng)力錨桿的高預(yù)應(yīng)力作用，將巷道頂板錨固范圍內(nèi)的數(shù)個薄巖層鎖緊成一個較厚的巖層，即成為一個組合梁，其最大彎曲應(yīng)變和應(yīng)力均大大減小，組合梁的撓度也較小。

 

　　在拱形巷道圍巖的破裂區(qū)中安裝預(yù)應(yīng)力錨桿時，在桿體兩端將形成圓錐形分布的壓應(yīng)力，如果巷道周邊布置錨桿群，只要錨桿的間排距設(shè)置合理，各個錨桿形成的壓應(yīng)力圓錐體將相互交錯，就能在巖體中形成一個均勻的壓縮帶，即承壓拱，這個承壓拱可以承受其上部破碎巖石施加的徑向載荷。在承壓拱內(nèi)的巖石徑向及切向均受壓，處于三向受力狀態(tài)，其圍巖強(qiáng)度得到提高，支撐能力也相應(yīng)加大。

 

　　２.３改善圍巖應(yīng)力場，強(qiáng)化圍巖體的力學(xué)參數(shù)，提高圍巖的穩(wěn)定性，增大圍巖體殘余強(qiáng)度。

 

　　井下巷道的開挖后，開挖邊界附近圍巖的應(yīng)力狀態(tài)向不利于穩(wěn)定的方向轉(zhuǎn)化，應(yīng)力方面表現(xiàn)為由原來的主應(yīng)力差值較小轉(zhuǎn)化為主應(yīng)力差值較大，改變了圍巖的原始應(yīng)力狀態(tài)。在這種應(yīng)力狀態(tài)的轉(zhuǎn)化過程中，開挖邊界附近圍巖產(chǎn)生一定的塑性區(qū)，并向約束最弱的方向產(chǎn)生塑性松動。這種塑性松動導(dǎo)致圍巖體的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，使得彈性模量E、粘聚力c、殘余粘聚力c'、內(nèi)摩擦角φ及峰值強(qiáng)度與殘余強(qiáng)度均有不同程度的降低。在圍巖中設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨桿后，將在圍巖中產(chǎn)生附加的錨固應(yīng)力，尤其在錨桿群作用下，圍巖又變成了三向應(yīng)力狀態(tài)。由于巖石的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于其抗拉強(qiáng)度，可通過調(diào)整圍巖的應(yīng)力狀態(tài)來有效地提高圍巖的穩(wěn)定性。

 

　?。?４阻止結(jié)構(gòu)面的滑移，提高其抗剪能力和抗滑能力，增加圍巖的穩(wěn)定性。

 

　　巖體中一般均有結(jié)構(gòu)面（如節(jié)理面等），結(jié)構(gòu)面對巖體的強(qiáng)度、變形性能、滲透性、各向異性、力學(xué)上的連續(xù)性，以及巖體中應(yīng)力分布等，均有顯著的影響。一般來說，結(jié)構(gòu)面是影響巖體力學(xué)問題的一個控制性因素。開挖后的圍巖，由于其主應(yīng)力差較大，節(jié)理面對其穩(wěn)定性起控制作用。為了使圍巖不沿節(jié)理面產(chǎn)生滑移，最有效的方法之一就是在其中設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨桿。

 

　　２.５改善圍巖體的受力狀態(tài)以及圍巖應(yīng)力場。

 

　　關(guān)于預(yù)應(yīng)力錨桿對巷道圍巖應(yīng)力場的改善機(jī)制，由于模型試驗和現(xiàn)場觀測均存在較大困難，國內(nèi)外的研究者比較少。根據(jù)彈塑性力學(xué)理論，巷道開挖后，圍巖將產(chǎn)生二次應(yīng)力分布，應(yīng)力重新分布的結(jié)果將使巷道四周圍巖的徑向應(yīng)力減小，切向應(yīng)力增大，這種應(yīng)力分布狀態(tài)將導(dǎo)致巷道圍巖產(chǎn)生壓剪破壞。在錨桿預(yù)應(yīng)力的作用下，圍巖的徑向應(yīng)力得到顯著的提高，徑向應(yīng)力的增大使應(yīng)力分布趨于均勻，應(yīng)力集中減緩，圍巖的二次應(yīng)力分布得以改善，從而提高了巖體的承載能力。

 

 

　　總之，開挖后的圍巖一般是不穩(wěn)定的，要使其保持穩(wěn)定，必須改善圍巖中的應(yīng)力狀態(tài)及開挖邊界的約束性質(zhì)，行之有效的方法之一，就是在圍巖中設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨桿，在圍巖中產(chǎn)生有利于圍巖穩(wěn)定的應(yīng)力狀態(tài)及約束條件。