围岩弹塑性变形条件下锚杆、喷混凝土和U型钢的支护效果研究

摘要：

已给出弹塑性变形条件下围岩-支护相互作用的全过程解析求解，在此基础上深入研究3种常用支护结构的支护作用效果，是非常必要的。考虑开挖面空间效应，根据弹塑性变形条件下围岩-支护相互作用的全过程解析求解，针对6、5、4m直径的工程算例，分别对素喷混凝土、锚杆和U型钢等3种支护结构的支护作用效果进行了理论计算与分析，主要包括：3种支护结构极限承载能力理论计算、基于开挖面空间效应的3种支护结构控制围岩弹塑性变形的理论计算与效果分析、剩余支护承载力对普氏围岩压力支护效果的计算与分析；研究了U型钢支架的荷载-径向变形本构关系、提出了剩余支护承载力的概念、分析了支护结构支护围岩各类形变压力的支护机制。研究结果表明：（1）3种支护结构能提供的支护承载力pi （<1 MPa）相对于原岩应力p0（>10 MPa）来说量级太低，控制5～6 m及更大直径的巷道围岩弹塑性变形是无效的，但控制4 m直径的巷道围岩弹塑性变形是有效的；（2）对于直径达5～6 m甚至更大的巷道围岩，若支护结构的剩余支护承载力pi 2能有效地被保存，则支护结构还可以起到有效地支护普氏围岩压力的作用。

关键词：开挖面效应、弹塑性变形、围岩-支护作用机制、支护效果、剩余承载力

分类号：TU470(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家自然科学基金委员会与神华集团有限责任公司联合资助重点项目No. U1261212，U1361210。

在线出版日期：2014-06-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：1357-1366,1376