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锚固技术是一种有效的巷道围岩加固支护技术,得到了广泛的应用。但由于对锚固机理的研究没有形成系统的理论体系,锚杆支护设计不合理,由此造成的事故时有发生。大量的工程事故表明,锚固体的破坏大都出现在粘结界面上,因此粘结界面是研究锚固机理的一个重点。本文采用室内试验和数值模拟相结合的方法,对锚固体界面应力分布规律及变形场的发展规律进行了研究。 首先,进行了系统的锚固体拉拔试验,分析了锚杆轴力和界面剪应力的分布规律。试验结果表明,锚杆轴力和界面剪应力分布是不均匀的,轴力最大值点在拉拔端,并且沿锚固段逐渐减小,剪应力沿锚固段呈先增后减的分布形式,峰值点靠近拉拔端,并且峰值点随着拉拔力的增大逐渐向锚固段另一端移动。通过拉拔流变试验,分析了在长期荷载作用下,界面剪应力的流变性。在低荷载下流变区域靠近拉拔端,随着拉拔力的增大,流变区域开始向锚固段中部移动,当拉拔力增大到一定程度后,流变区域又移回拉拔端附近。 其次,进行了系统的锚固体推出试验,利用数字散斑技术观测了界面变形演化规律。在前期锚杆推出端变形最大,位移场呈“V”型分布,并逐渐向锚固段另一端发展。在推出端的粘结首先破坏,产生裂纹,并且向锚固段另一端扩展。通过推出流变试验,分析了长期荷载作用下的变形的蠕变规律。在低荷载级别下,位移场蠕变区域主要集中在远离锚杆推出端的位置,随着荷载级别的增大,蠕变区域逐渐向推出端扩展。 最后,对两种试验分别进行颗粒流模拟,验证了试验结论,并通过改变不同的锚杆和锚固剂参数,分析了其对应力分布的影响。模拟结果表明,锚杆和锚固剂弹性模量对应力分布有影响。锚杆弹性模量的增大减弱了锚杆轴力和界面剪应力的集中程度,并使剪应力的峰值减小,而锚固剂的弹性模量的作用与其相反。锚杆的抗拉强度和锚固剂的抗压强度对应力分布没有影响。