煤炭学报

作者：王晓卿, 康红普, 高富强, 娄金福, 李建忠, 杨磊,

关键词：碎石, 锚固试验, 压力拱, 锚杆作用, PFC3D,

碎石锚固试验被用于证实锚固破碎岩体中存在压力拱，但压力拱的概念较为抽象，难以理解和应用。为研究锚固破碎岩体中压力拱的形成机制与锚杆的作用，克服颗粒锚杆批量生成与预紧难题，利用三维颗粒流程序（PFC3D）开发碎石锚固试验的数值模拟方法，开展系列碎石锚固数值试验，直观展示压力拱的形成，揭示压力拱的形成机制与成因，分析并验证锚杆在压力拱形成中的具体作用。在此基础上，提出极破碎岩体锚杆加固的建议。研究结果表明：① 锚杆加固碎石体内会形成拱形承载结构压力拱，压力拱由碎石咬合而成，碎石体全部质量由压力拱承载，压力拱的稳定依靠拱下碎石支撑。② 压力拱形成于碎石在锚杆作用下的自适应运动过程。移除碎石箱底板后，底部碎石向下运动，导致上部碎石重力向周边转移，在周边碎石形成拱腿，拱顶部位碎石在侧向约束作用下彼此咬合形成拱顶，最终以底托板为基础形成压力拱。③ 压力拱的形成和稳定需满足4个条件：强力的底部基础、足够的侧向约束、适当的碎石厚度和平衡的拱下碎石。④ 锚杆在压力拱形成和稳定中发挥侧向约束作用、支撑作用和护表作用。在成拱过程中，锚杆通过预紧提供侧向约束力，使碎石具有足以成拱的咬合能力。在压力拱形成后，锚杆通过对拱下碎石提供支撑和护表使其平衡，维护压力拱的稳定。锚杆预紧有助于增强侧向约束作用和支撑作用。⑤ 大范围极破碎岩体加固应围绕压力拱的形成，充分发挥锚杆的侧向约束、支撑和护表作用，包括提高锚杆预紧力、增大锚杆杆体粗糙度、减小锚杆间距、增大托盘尺寸等。

来源：2021年第10期

《煤炭学报》期刊编辑部

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