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盘式锚杆微观锚固机理数值模拟分析
摘要
随着隧道、坑道、挖掘井、采矿等地下工程的不断深入，盘式锚杆作为耐久性高、抵抗变形能力强、适应性广泛的地质支护体系，在地下工程领域得到了广泛的应用。本文针对盘式锚杆的微观锚固机理进行了数值模拟分析。通过建立盘式锚杆的模型，采用有限元方法进行数值模拟，探究盘式锚杆在不同荷载情况下的锚固效应及其机理。结果表明，盘式锚杆在受荷状态下，能够通过撑压作用将锚杆与围岩形成紧密的胶结，从而实现地质支护的目的。同时，在不同荷载情况下，盘式锚杆的应力、应变、位移等参数也会发生相应的变化。本研究为盘式锚杆的设计和应用提供了理论依据和参考。
关键词：盘式锚杆；微观锚固机理；有限元模拟；地质支护
Abstract
Withthecontinuousdeepeningofundergroundengineeringsuchastunnels,mines,excavations,andmining,thediscanchorbolthasbeenwidelyusedinthefieldofundergroundengineeringduetoitshighdurability,strongdeformationresistance,andwideadaptabilityasageologicalsupportsystem.Inthispaper,numericalsimulationanalysisiscarriedoutonthemicroscopicanchoringmechanismofthediscanchorbolt.Byestablishingamodelofthediscanchorbolt,finiteelementmethodisusedfornumericalsimulationtoexploretheanchoringeffectandmechanismofthediscanchorboltunderdifferentloads.Theresultsshowthatundertheloadstate,thediscanchorboltcanformaclosebondwiththesurroundingrockthroughthesupportingandpressureeffect,therebyachievingthepurposeofgeologicalsupport.Atthesametime,underdifferentloadconditions,thestress,strain,displacementandotherparametersofthediscanchorboltwillalsochangeaccordingly.Thisstudyprovidesatheoreticalbasisandreferenceforthedesignandapplicationofdiscanchorbolts.
Keywords:discanchorbolt;microscopicanchoringmechanism;finiteelementsimulation;geologicalsupport
1.引言
地下工程是一项复杂的工程类型，地质支护作为其中的重要环节，直接关系到工程的安全和稳定。盘式锚杆作为地质支护体系的一种形式，在近年来得到了广泛的应用。传统的锚杆杆身为圆柱形状，其锚固效果主要依靠摩擦力和粘结力。而盘式锚杆具有不同于传统锚杆的锚固机理，它不仅能够增加锚固面积，提高锚固效果，还能够承受更大的荷载。
本研究通过建立盘式锚杆的有限元模型，对盘式锚杆在不同荷载条件下的锚固效应及其机理进行数值模拟分析，揭示其微观锚固机理，为盘式锚杆的设计和应用提供理论依据。
2.盘式锚杆的基本原理
盘式锚杆由锚杆、锚饰板、锚固胶等组成，其基本原理是：锚固胶将锚饰板固定在锚孔内，锚杆穿过锚饰板后向外伸出，锚杆与围岩或煤体形成胶结体系，起到固定和支撑的作用。盘式锚杆相较于传统锚杆的优势在于：
（1）锚饰板的开孔部分增多，锚固面积增大，锚固力度增强；
（2）锚饰板底部有盘状突起，可承受更大的荷载；
（3）锚固胶可填充锚孔内不规则形状的缝隙，实现更有效的锚固效果。
3.数值模拟方法
本研究采用ABAQUS软件建立盘式锚杆的三维模型，并使用有限元方法进行数值模拟。具体步骤如下：
（1）建立盘式锚杆的三维模型，包括锚杆、锚饰板、锚固胶等组成部分，模型如图1所示。
（2）设定盘式锚杆的材料性能参数，如模量、泊松比、强度等。
（3）设定载荷条件，模拟盘式锚杆在外荷载作用下的锚固效应。以单轴拉伸为例，设定水平方向受力作用于锚杆顶部，模拟锚孔内的围岩局部破裂。
（4）进行数值模拟，计算盘式锚杆在不同荷载条件下的应力、