岩层控制理论与工程设计详述课件.ppt

锚固岩层剪胀平衡力学模型
1. 试验曲线；
2. 层面法向应力（锚固应力）σ，随岩层剪切位移量的增加而发生改变；
3. 三铰拱块体的抗剪强度τ，随锚固应力和层面滑移量的不同而发生改变。
2020/12/23
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岩层控制理论与工程设计详述专业版
锚固岩层剪胀平衡理论
岩层层面剪力：
层面平均剪应力：
层面法向锚固应力：
层面剪胀摩擦角：
顶板岩层锚固强度计算公式：
p=σ+ q
式中：p——顶板岩层锚固强度；
σ——岩层层面锚固应力；
q——锚固岩层荷重（锚固岩层容重×厚度=γ ∑h ）。
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顶板锚固岩层的预应力与自重应力
，
增加锚固岩层厚度
(锚索长度)，对锚
固效果产生负效应。
条件
结论
，
要求预紧力越高。
取：
顶板预应力为pA；
岩层自重应力为q；
则：
当pA＜q 时，岩层会沿层面发生离层。
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岩层剪胀锚固原理
试验曲线。【咀嚼原理】
、锚固应力是维系锚固岩层抗剪强度的外在条件。
（小位移），锚固岩层的抗剪强度随位移的增加而增。
（大位移），锚固岩层的抗剪强度随位移的增加而降。
，会提高锚固岩层的峰值强度和残余强度。
：锚固岩层的抗剪强度，随剪切位移的增加而变化。
，被锚固岩层一旦发生过量变形，其抗剪强度会从峰值强度
降低到残余强度，最终会导致锚固系统失效，巷道失稳。
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【例】
取：B=；h煤=； h岩=； h锚=；排距l= ；
γ煤=； γ岩=； JRC=0；φb=30°
γ均=（×+×26）/5= (kN/m2)
则：
q总=×+×26= (kN/m2)
顶板锚固应力：
P= [σ] +q = + = （kN/m2）
取安全系数K=~，则顶板岩层锚固强度
[p]=~ （kN/m2）；
或： [p]=~（kN/排）
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William John Maquorn Rankine(1820 - 1872)
英国科学家，在热力学 、流体力学
及土力学等领域均有杰出的贡献
Rankine 强度准则
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巷道侧帮锚固计算强度（贾喜荣，2008年）
由Rankine准则（1857）有 ：
式中：σ3—巷帮锚固强度；
qj—煤柱静载荷集度；
Φ—煤柱内摩擦角；
C—煤柱内聚力。
结论：
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取：采深：H=220m；巷宽：B=；
巷高：h=；顶板岩层容重：γ=26 kN/m3；
煤柱单轴抗压强度：σc=13MPa=13000kN/m2
由煤柱临界宽度计算公式有：
此时，煤柱处于极限平衡状态，只需低支护强度可维护巷帮稳定。