不同预静载水平下锚固结构扰动承载特性研究

摘要

动载扰动作用是影响深部煤炭资源开采过程中围岩稳定性的重要因素，分析扰动荷载作用下锚固结构的承载力学响应对巷道支护具有重要意义，本文采用FLAC–PFC(Fast lagrangian analysis of continua–Particle flow code)耦合的数值模拟方法对锚固试件进行了拉拔数值试验研究，分析了不同预静载水平下动载扰动对锚固结构力学特性、能量演化规律、破坏特征及损伤规律的影响.研究结果表明：（1）动载扰动作用后，锚固试件峰值拉拔强度及对应位移均低于静载锚固试件，且随着预静载水平的增大，峰值拉拔强度和承载能力分别降低了4%～25%和7%～20%;(2)锚固试件的声发射振铃计数和累计振铃计数整体上呈平静期、稳定增长期和加速增长期的演化规律.累计振铃计数随着预静载水平的增大从3309增加至4178;(3)预静载水平的增大导致锚固试件内部弹性能逐渐减小，耗散能逐渐增大，且弹性能始终大于耗散能.耗散能占比与预静载水平呈正相关.基于能量演化规律，可将弹性能耗比曲线在扰动后斜率由平稳转变为加速增长这一变化，作为锚固结构失稳破坏的前兆特征；（4）随着预静载水平增大，锚固试件内部力链数由1098减少至1009，裂纹分布范围逐渐由试件中上部向深部延伸；（5）随着预静载水平增大，锚固试件加载过程中初始损伤和扰动损伤分别增大了0.18和0.22，锚固结构更容易失稳破坏.研究成果可为动载扰动作用下锚杆支护设计提供理论参考.

关键词

锚杆支护 / 预静载水平 / 动载扰动 / 力学特性 / 数值试验

基金资助

国家杰出青年科学基金资助项目（51925402）; 山西省回国留学人员科研资助项目（2023-041）