地下工程吸能锚杆研究现状与展望

江贝王琦魏华勇辛忠欣何满潮吴文瑞马凤林许硕王业泰

1.深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,北京 100083;2.中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083;3.山东大学岩土与结构工程研究中心,山东济南 250061

随着地下工程的迅速发展,工程建设过程中经常面临高应力、极软岩、强采动等复杂条件[1-3],极易出现软岩缓慢大变形、岩爆与冲击地压瞬时大变形等破坏现象[4-5]。缓慢和瞬时大变形是围岩能量积聚和释放的结果,解决上述问题的关键是利用支护体系吸收围岩释放的能量,减少能量积聚[6]。

锚杆作为锚网索、锚网喷等支护体系的核心[7-11],被广泛应用于地下工程建设中。传统锚杆在复杂条件下易出现杆体破断等现象[12],难以满足复杂条件下的吸能支护要求。因此,研发具有良好吸能效果的锚杆对于围岩大变形控制具有重要意义。相关研究表明,吸能锚杆应具备高恒阻力和大变形能力,一方面能够改善围岩本身的力学状态,提高围岩强度;另一方面吸收岩体变形能,使围岩中的能量得到释放[13]。同时,必须对开挖后的围岩施加尽可能高的预应力补偿支护,最大限度地恢复围岩强度,保持巷道围岩稳定[14]。

国内外学者对吸能锚杆进行了大量研究,研发了不同种类的吸能锚杆。根据工作机理吸能锚杆可分为结构型和材料型2 种。其中,结构型锚杆又可分为杆体结构型和机械结构型。杆体结构型吸能锚杆是指通过杆体-锚固剂摩擦或杆体-围岩摩擦来实现其工作阻力,吸收围岩变形能量的锚杆,如Swellex 锚杆[15]、Cone 锚杆[15-17]、Modified Cone锚杆[18-19]、J 型锚杆[20]等。……