为了说明自钻式锚杆对破碎岩土体的支护作用,澳大利亚雪山地下工程,我国冶金建筑研究总院等单位曾分别先后用碎石、混凝土碎块作材料模拟破碎地层,然后锚杆加固,结果发现加固后模型承载能力大大提高。这说明,通过锚杆加固,即使毫无粘结力的碎石也能被加固成能承受相当大荷载的整体结构。
锚杆这种挤压加固作用在软弱破碎岩土体中较能发挥作用。
组合梁作用原理:
这种原理是把薄层状岩体看成一种梁(简支梁),在没有锚固前,它们只是简单地叠合在一起。由于层间抗剪力不足,在荷载作用下,单个梁均产生各自的弯曲变形,上下缘分别处于受压合受拉状态。锚杆支护后,相当于用螺栓将它们紧固成组合梁,各层板便相互挤压层间摩擦阻力大为增加,内应力和绕度大为减少,于是增加了组合梁的抗弯强度。
当把自钻式锚杆入岩体体一定深度,相当于将简单叠合数层梁变成组合梁,从而提高了岩土体的承载能力。锚杆提供的锚固力越大,各岩土层的摩擦阻力越大,组合梁整体化程度越高,其强度也越大。打一根锚杆,相当于增加一个支座,跨度减少一半,如按简支梁考虑,弯曲应力只相当于全跨度梁的1/4,挠度只相当于原来的1/16。此种组合梁作用较适用于薄层状岩土体中。
悬吊作用原理认为:
锚杆支护通过锚杆将软弱、松动、不稳定的岩土体悬吊于稳定的岩土体中,以防止其离层滑落。这种作用在地下工程锚固工程中,表现尤为突出。起悬吊作用的锚杆,主要是提供足够拉力,用以克服滑落岩土体的重力或下滑力,来维持工程稳定。
锚杆支护与传统的支护有着根本的不同,后者常常是被动地承受破坏岩土体所产生地荷载,而前者(锚杆)可以主动地加固岩土体,有效地控制其变形,防止岩土体坍塌破坏地发生。
自从1911年美国首先将锚杆应用于矿山巷道支护以来,锚杆支护已经经历了近一个世纪的发展。由于锚杆支护显著的技术经济优越性,我国自20世纪50年代开始在金属矿、煤矿系统使用以来,目前在矿山、建筑、水电、国防等工程领域中已广泛使用这项先进支护技术,已逐渐成为岩土工程领域的主要支护方式。
工程实践表明,采用自钻式锚杆与喷射混凝土支护取代传统的混凝土支护,可以加快施工速度2~4倍,节省劳动力50%以上,节约全部木材和40%以上的混凝土,降低支护成本35%~45%。特别是进入20世纪80年代,把锚杆、喷射混凝土支护与现场监控量测、信息反馈技术巧妙地结合,采用及时支护、分期施工、刚柔适度、全环封闭等一整套充分发挥围岩自承能力地设计原则,已成功应用于一批复杂和困难地质条件地隧洞工程。如高地应力(水平应力达到30MPa)、软岩大变形巷道(水平收敛量达25cm~30cm)地层控制(如甘肃金川镍矿),开拓于半胶结地页泥岩中,并受采矿动压影响的煤矿巷道工程,覆盖层厚度近10余m的Q3黄土质泥土的隧洞工程(如军都山隧洞)。http://www.zkmgcj.com