【摘 要】
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锚固体作为锚杆支护的核心结构,其具有较高的承载能力,对巷道围岩的变形具有一定的适应性,其对于隧道、煤矿等地下工程结构支护具有重要作用。在现场实际中,预应力锚杆受到爆破、采动等工作引起的动载作用,预应力锚固体承受典型的静动载耦合作用,导致锚固体破坏特性更为复杂。为了揭示动静载耦合作用下锚固体中破坏特征及动载应力波的影响规律。本文采用理论分析、冲击试验和数值模拟等研究方法,针对预应力锚固体,开展不同预
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锚固体作为锚杆支护的核心结构,其具有较高的承载能力,对巷道围岩的变形具有一定的适应性,其对于隧道、煤矿等地下工程结构支护具有重要作用。在现场实际中,预应力锚杆受到爆破、采动等工作引起的动载作用,预应力锚固体承受典型的静动载耦合作用,导致锚固体破坏特性更为复杂。为了揭示动静载耦合作用下锚固体中破坏特征及动载应力波的影响规律。本文采用理论分析、冲击试验和数值模拟等研究方法,针对预应力锚固体,开展不同预应力、冲击次数、冲击能量、冲击频率等因素的动载冲击试验和静态拉拔试验,对锚固体中应力波的传递规律、轴力损失规律、破坏特征等进行了研究。主要得到以下结论:（1）弹性杆中静载对应力波传递的影响与其大小和方向有关,压应力静载使得压应力波降低,拉应力静载使得拉应力波降低,拉应力静载使得拉应力波增加,压应力静载使得拉应力波增加。梯度静载下弹性杆中应力波大小与入射端面和所求端面静载差值相关。锚固体承受压应力波时,得到锚固段围岩中的应力波峰值最大,自由段锚杆中的应力波峰值最大。（2）在预应力为15MPa-30MPa范围内,随着预应力增加,锚固围岩中应力波的峰值逐渐增加,衰减速度逐渐减小。对预应力15MPa和25MPa试件进行多次冲击表明,随着冲击次数增加,围岩的损伤逐渐增加,试件中的预应力逐渐降低。对冲击试件的轴力损失探究结果表明预应力为17MPa时,锚杆轴力残余值最大,此时锚杆的动态适应能力最好。冲击试件的破坏特征包括试件冲击端发生剪切破坏,自由端发生张拉和剪切复合破坏,中部发生断裂波坏。（3）有无冲击作用试件的拉拔曲线类似,均可分为稳定增加阶段、快速降低阶段、残余平衡阶段。在预应力为10MPa-30MPa范围内,随着预应力的增加,冲击试件的拉拔强度先增加后降低,并在预应力为17MPa处,拉拔强度取得极大值。锚固体拉拔破坏特征为锚杆拉出破坏、围岩拉裂破坏、围岩和锚固剂拉裂破坏。（4）在冲击频率为50Hz-250Hz范围内,随着冲击频率的增加,锚固体中的应力波幅值逐渐降低。试件的破坏程度与冲击频率呈反相关。在冲击速度为0.5m/s-1.0m/s范围内,随着冲击速度增加,锚杆中的应力波峰值逐渐呈线性增加。随着冲击速度增大,试件的破坏程度增加。图56个 表5个 参96个
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