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适用于软岩大变形隧道的新型吸能锚杆及其参数优化研究

         
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锚杆支护是解决高地应力软岩隧道、巷道等地下工程中围岩大变形问题的有效措施之一。针对传统砂浆锚杆存在的变形适应性差问题,提出了一种由锥块、光滑锚杆体、套筒、限位环、锚杆托盘及紧固螺母等组成的新型恒阻力吸能锚杆。当围岩变形时,锥块在套筒中滑动以适应围岩的大变形,并提供恒定阻力;当围岩变形量达到容许值时,锚杆转化为传统锚杆的刚性支护,依靠杆体材料提供承载力。采用数值试验的方法和室内拉伸试验的方法对新型锚杆在不同锥角、套筒壁厚和不同摩擦系数下的工作性能进行了数值试验研究,优化了新型锚杆的几何参数,对优化锚杆的性能进行了室内验证试验。数值分析和室内试验结果表明:新型锚杆在锥块锥角较小时,锚杆的载荷-位移曲线可区分为线弹性、短暂下降和恒定阻力三个阶段;在锥角较大时,曲线短暂下降段消失。新型锚杆的平均恒定阻力和吸能能力随着锚杆锥角和套筒壁厚的增加呈线性增加,在锥角角度α=15°、套筒壁厚t=5 mm、摩擦系数μ=0.20时,锚杆工作性能最佳,其平均恒定阻力可达186.32 kN,吸收能达33.4 kJ,室内试验验证了新型吸能锚杆优越的工作性能。

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