传统锚杆支护理论
锚杆支护作用原理
锚杆支护作用原理
锚杆支护是一种常用的地下工程支护方法，其作用原理基于以下几个方面。
1. 承载荷载：锚杆通过固定在岩体内部形成的锚固力，能够承受地下工程所受到的荷载。
锚杆的材料通常具有较高的强度和刚度，能够有效地分担工程荷载，保证工程的安全性。
2. 抵抗岩体变形：地下工程常常面临着岩体的变形和位移，而锚杆可以通过锚固作用，将围岩与锚杆连接起来，从而抵抗岩体的变形。
锚杆与岩体之间形成的摩擦力和粘结力可以有效地限制围岩的位移，保持地下工程的稳定性。
3. 分散应力：锚杆在岩体中形成的锚固力可以通过锚杆的延伸长度将应力传递到岩体的较深层次，进而分散应力，减小地下工程周围的应力集中。
这样可以有效地减少岩体破坏的可能性，增加地下工程的承载能力。
综上所述，锚杆支护通过承载荷载、抵抗岩体变形和分散应力等作用原理，能够保证地下工程的安全性和稳定性。
锚杆支护原理
锚杆支护理论悬吊理论：认为锚杆支护的作用是将巷道顶板较软弱岩层悬吊在上部坚硬稳定岩层上。
组合梁理论：认为当顶板岩层中存在没有稳固岩层的若干薄层状岩层时，通过锚杆的支护作用将这些岩层锁紧成一个较厚的岩层，由叠合梁变成组合梁，显著提高了岩梁抗弯曲能力并减少挠度。
紧固理论：认为在块状围岩中，锚杆可将巷道周围危岩彼此挤紧，从而加固成能承受载荷的整体结构。
压缩（组合）拱理论：认为在松软围岩中，各个锚杆形成的压应力圆维体交错重叠，形成一个连续的均匀压缩（组合）拱。
锚杆支护类型按材料分类：木锚杆、竹锚杆、金属锚杆、树脂锚杆、快硬水泥锚杆。
按作用分类：端部锚固型锚杆、全长胶结型锚杆、摩擦型锚杆、长锚索等。
锚杆布置主要技术参数“三径”合理匹配：锚杆、钻孔、药卷直径要合理匹配。
煤巷钻孔宜采用ф28mm,不宜大于ф33mm；钻孔直径与锚杆直径之差应为4～10mm，最佳为5～6mm；当使用ф28mm钻孔直径和ф16~22mm螺纹钢锚杆时，药卷直径为ф23~25mm，当使用ф26mm和ф43mm钻孔时，应分别使用ф23mm和ф28mm树脂药卷。
锚杆长度：当顶板有坚硬岩层或塑性区，杆端应插入坚硬岩层中或超出塑性区。
如没有，宜使用全长锚固锚杆。
锚杆强度：按屈服强度（бs）分为三类：普通锚杆,бs＜340MPa(ф18mm钢材约8.6吨)；高强锚杆，бs=340～600MPa(ф18mm 钢材8.6～15吨)；超高强锚杆，бs＞600MPa。
锚杆间排距：一般应小于所选锚杆长度之半。
锚杆插入方向：与岩层面正交，最小角不小于75 度，层面不清与轮廓线垂直。
锚杆排列方式：方形、矩形和五花形。
锚固形式：端固和全锚。
锚杆支护质量要求一般要求a、锚杆的长度、间距、排距、插入方向及排列方式等必须符合作业规程施工要求。
b、首先点好钻孔孔位，找好孔中开钻后调正方向。
c、锚孔钻完后，要按锚杆设计和安装说明要求，及时进行锚杆安装工作。
d、安装锚杆前，必须检查锚孔的孔位、孔深、孔径及锚杆部件等，这些都必须符合规定。
锚杆支护理论计算方法
锚杆支护理论计算方法一、锚杆长度L≥L1+L2+L3-①=0。
1+1、5+0。
3=1、9m式中：L，锚杆总长度，m；L1，锚杆外露长度(包括钢带+托板+螺母厚度)，取0。
1m；L2，锚杆有效长度或软弱岩层厚度，m；L3，锚入岩（煤）层内深度（锚固长度），按经验L3≥300mm。
(一)锚杆外露长度L1L1=(0。
1～0。
15)m，[钢带+托板+螺母厚度+（0。
02～0。
03）](二)锚入岩(煤)层内深度(锚固长度)L31、经验取值法《在锚杆喷射混凝土支护技术规范》GBJ86－85“第三节锚杆支护设计”中、第3、3、3条第四款规定：第3、3、3条端头锚固型锚杆的设计应遵守下列规定:一、杆体材料宜用20锰硅钢筋或3号钢钢筋;二、杆体直径按表3、3、3选用;三、树脂锚固剂的固化时间不应大于10分钟,快硬水泥的终凝时间不应大于12分钟;四、树脂锚杆锚头的锚固长度宜为200～250毫米,快硬水泥卷锚杆锚头的锚固长度宜为300～400毫米;五、托板可用3号钢,厚度不宜小于6毫米,尺寸不宜小于150150毫米;六、锚头的设计锚固力不应低于50千牛顿;七、服务年限大于5年的工程,应在杆体与孔壁间注满水泥砂浆。
一般取300mm～400mm2、理论估算法《在锚杆喷射混凝土支护技术规范》GBJ86－85“第三节锚杆支护设计”中规定：第3、3、11条局部锚杆或锚索应锚入稳定岩体。
水泥砂浆锚杆或预应力锚索的水泥砂浆胶结式内锚头锚入稳定岩体的长度,应同时满足下列公式:公式(3、3、11-1)、(3、3、11-2)见图形所示。
d1ftl2k4fc(3、3、11-1)d12ftlak(3、3、11-2)4d2fcr式中la，锚杆杆体或锚索体锚入稳定岩体的长度（cm）；d1，锚杆钢筋直径走私或锚索体直径（cm）；d2，锚杆孔直径（cm）；ft，锚杆钢筋或锚索体的设计抗拉强度（N、cm2）；fc，水泥砂浆与钢筋或水泥砂浆与锚索的设计粘结强度(N、cm2)；圆钢为2、5MPa，螺纹钢为5MPa。
锚杆支护原理
锚杆支护一、锚杆支护原理1、锚杆的悬吊作用悬吊作用是指用锚杆将软弱的直接顶板吊挂在其上的坚固老顶之上。
如图1所示，或者是用锚杆将因巷道开挖而引起松动的岩块连接在松动区外的完整坚固岩石上，使松动岩块不至冒落。
锚杆的悬吊作用2、锚杆的组合梁理论利用锚杆的拉力将层状岩层组合起来形成组合梁结构进行支护，这就是锚杆组合梁作用。
组合梁作用的本质在于通过锚杆的预拉应力将原视为叠合梁的岩层挤紧，增大岩层间的摩擦力；同时，锚杆本身也提供一定的抗剪能力，阻止其层间错动。
锚杆把数层薄的岩层组合成类似铆钉加固的组合梁，这时被锚固的岩层便可看成组合梁，全部锚固层能保持同步变形，顶板岩层抗弯刚度得以大大提高。
锚杆的组合作用3、锚杆锲固作用是指在围岩中存在一组或多组不同产状的不连续面的情况下，由于锚杆穿过这些不连续面，防止或减少了围岩沿不连续面的移动。
如图3。
锚杆的楔固作用p бb p 锚杆的楔固作用-б p (бbp4、挤压加固拱作用形成以锚杆头和紧固端为顶点的锥形体压缩区。
如将锚杆沿拱形巷道周边按一定间距径向排列，在预应力作用下，每根锚杆周围形成的锥形体压缩区彼此重叠联结，在围岩中形成一连续压缩带。
它不仅能保持自身的稳定，而且能承受地压，组织上部围岩的松动和变形。
显然，对锚杆施加预紧力是形成加固拱的前提。
5、锚杆的减跨作用如果把不稳定的顶板岩层看成是支撑在两帮的叠合梁，由于可视悬吊在老顶上的锚杆为支点，安设了锚杆就相当于在该处打了点柱增加了支点而减少了顶板的跨度，从而降低了顶板岩层的弯曲应力和挠度，维持了顶板与岩石的稳定性，使岩石不易变形和破坏。
这就是锚杆的“减跨”作用，它实际上来源于锚杆的悬吊作用。
上述几种锚杆支护作用并非是孤立存在的，实际上是相互补充的综合作用，只不过在不同地质条件下，某种支护作用占的地位不同而已。
二、锚杆支护作用机理分析巷道开掘以后，由于受掘进工作面迎头及两帮的支撑，顶板下沉和变形很小。
此时安装锚杆，其主要作用是控制顶板浅部岩层的离层、滑动。
锚杆支护理论和工程实践培训课件
2）全属倒楔式锚杆
由杆体、固定楔、活动倒楔、垫板和螺帽组成， 属端头锚固型，安装后可立即承载，可回收。锚固 力达40kN左右。常用于围岩比较破碎，需要立即承 载的地下工程。
3） 楔缝式锚杆
楔缝式锚杆结构
1-杆体 2-楔缝 3-丝扣 4-楔子 5-垫板 6-螺母
锚杆支护具有巨大的技术经济效益和社会效益，是 我国煤炭行业继综合机械化之后的第二次支护技术革命
木支架严重损坏
支架破坏实况
拱型可缩性支架破坏
架棚巷道变形和支架损坏情况
沿空掘巷维护状况
锚杆支护巷道维护状况
2 锚杆支护理论
（1）悬吊理论
机理：将巷道顶板较软弱岩层悬吊在稳定岩层上，以 避免较软弱岩层的破坏、失稳和塌落，锚杆所受的拉 力来自被悬吊的岩层重量。 缺点：没有考虑围岩的自承能力，而且将被锚固体与 原岩体分开。
有比较可靠的配套机具，采用掘锚一体化联合掘 进机或性能良好的单体锚杆钻机，满足施工要求， 并能实现快速掘进。
国内支护发展
2个阶段：以1995年引进澳大利亚锚杆支护技术为 分界点。（之前机械锚固、钢丝绳砂浆锚杆以及开发 研制的快硬水泥锚杆；之后高强度树脂锚固锚杆）
锚杆支护理论、锚杆支护设计方法、施工机具、小 孔径预应力锚索加强支护、锚杆孔径、锚固剂及锚固 方式、监测技术等均发生了变化。
（4）最大水平应力理论
（5）锚杆支护围岩强度强化理论
围岩与支护强度的关系 随支护强度增加，围岩的极限强度和残余强度提高， 围岩残余强度提高到一定程度就能保持巷道稳定。
（5）锚杆支护强度强化理论
锚杆与围岩相互作用，形成锚杆—围岩的共同承载 结构，改善锚固体力学性能，提高锚固体峰值强度和残 余强度，特别是残余强度的提高，有效提高围岩的自承 能力，控制围岩塑性区、破碎区发展，促使巷道围岩由 不稳定状态向稳定状态转变。
锚杆支护理论
二、国内锚杆支护理论近十年来，国内许多学者在公认的三大传统的锚杆支护理论基础上，对锚杆作用机理做了大量的深入研究与探讨，进一步揭示了锚杆支护的实质，促进了锚杆支护理论的发展，扩大了锚杆支护技术的应用范围，主要观点如下。
1.全长锚固中性点理论全长锚固中性点理论由东北大学王明恕教授等提出。
该理论认为在靠近岩石壁面部分（锚杆尾部），锚杆阻止围岩向壁面变形，剪力指向壁面。
在围岩深处（锚杆头部），围岩阻止锚杆向壁面方向移动。
锚杆上的剪力指向相背的分界点，称为分界点，该点处剪应力为零，轴向拉应力最大。
由中性点向锚杆两端剪应力逐渐增大，轴向拉应力逐渐减小（图1-）。
今年来在国内理论分析中该理论的“中性点”观点被普遍接受，但该理论形式还存在着一定的争议，因为它难以解释锚杆尾部的断裂机理，有人认为是该理论假设未设托盘之故。
2.松动圈理论围岩松动圈巷道支护理论由中国矿业大学董学庭教授等提出，该理论是在对巷道围岩状态进行深入研究后提出的。
该理论认为，巷道开挖以后巷道围岩应力将发生显著变化，巷道周边径向应力为0，围岩强度明显下降；围岩中出现应力集中现象。
如果集中应力小于岩体强度，围岩将处于塑性状态。
当围岩应力超过围岩强度之后，巷道周边将首先破坏，并逐渐向深部扩展，直至在一定深度取得三向应力平衡为止。
此时，围岩以过渡到破碎状态，围岩中产生的这种松弛破碎带被定义为围岩松动圈。
研究发现围岩松动圈的存在时巷道固有的特性，它的范围大小(厚度值L)目前可以用声波仪或者多点位移计等仪器进行测定。
巷道支护的主要对象是围岩松动圈产生、发展过程中产生的碎胀变形力，锚杆承受的拉力来源于松动圈的产生、发展，并根据围岩松动圈的厚度值得大小，将其分为小、中、大3类。
松动圈的类别不同，则锚杆支护机理不同，Ⅰ类围岩L=0—400mm，围岩的碎胀变形量很小,此类围岩巷道支护一般无需锚杆，可以裸露围岩或者喷射混凝土单独支护；Ⅱ、Ⅲ类围岩L=400—1500mm，用悬吊理论设计锚喷支护参数；Ⅳ、Ⅴ类围岩L=1.5—2.0m，L=2.0—3.0m，采用组合拱理论确定锚喷支护的参数；Ⅵ类围岩L＞3.0m，在没有进一步研究资料之前，应采用以锚喷网为基础的复合支护。
(完整版)锚杆支护理论计算方法
锚杆支护参数的确定一、锚杆长度L≥L1+L2+L3------------------------- ①=0.1+1.5+0.3=1.9m式中：L——锚杆总长度，m；L1 ——锚杆外露长度(包括钢带+托板+螺母厚度)，取0.1m；L2 ——锚杆有效长度或软弱岩层厚度，m；L3——锚入岩（煤）层内深度（锚固长度），按经验L3≥300mm。
(一)锚杆外露长度L1L1=(0.1～0.15)m，[钢带+托板+螺母厚度+（0.02～0.03）](二)锚入岩(煤)层内深度(锚固长度)L31.经验取值法《在锚杆喷射混凝土支护技术规范》GBJ86－85“第三节锚杆支护设计”中、第3.3.3条第四款规定：第3.3.3条端头锚固型锚杆的设计应遵守下列规定:一、杆体材料宜用20锰硅钢筋或3号钢钢筋;二、杆体直径按表3.3.3选用;三、树脂锚固剂的固化时间不应大于10分钟,快硬水泥的终凝时间不应大于12分钟;四、树脂锚杆锚头的锚固长度宜为200～250毫米,快硬水泥卷锚杆锚头的锚固长度宜为300～400毫米;五、托板可用3号钢,厚度不宜小于6毫米,尺寸不宜小于150×150毫米;六、锚头的设计锚固力不应低于50千牛顿;七、服务年限大于5年的工程,应在杆体与孔壁间注满水泥砂浆。
一般取300mm ～400mm2. 理论估算法《在锚杆喷射混凝土支护技术规范》GBJ86－85“第三节 锚杆支护设计”中规定：第3.3.11条 局部锚杆或锚索应锚入稳定岩体。
水泥砂浆锚杆或预应力锚索的水泥砂浆胶结式内锚头锚入稳定岩体的长度,应同时满足下列公式:公式(3.3.11-1)、(3.3.11-2)见图形所示。
cs st f f d k l 412≥ (3.3.11-1)crst a f d f d k l 2214≥ (3.3.11-2) 式中la ——锚杆杆体或锚索体锚入稳定岩体的长度（cm ）； d1——锚杆钢筋直径走私或锚索体直径（cm ）；d2——锚杆孔直径（cm ）；f st ——锚杆钢筋或锚索体的设计抗拉强度（N/cm 2）；f cs ——水泥砂浆与钢筋或水泥砂浆与锚索的设计粘结强度(N/cm 2)；圆钢为2.5MPa ，螺纹钢为5MPa 。
(完整版)锚杆支护理论
锚杆支护理论锚杆支护理论研究的目的是弄清楚锚杆、锚索与围岩之间的相互作用关系，从而为锚杆支护设计提供理论基础。
第一节锚杆支护构件的作用锚杆支护由锚杆杆体、托板和螺母、锚固剂、钢带及金属网等构件组成，锚杆支护的作用是由这些构件共同完成的。
一、锚杆杆体的作用对于锚杆杆体本身来说，由于杆体长度方向的尺寸远大于其他两个方向的尺寸，所以力学上属于杆体.这种构件主要可以提供两方面的作用，一是抗拉，二是抗剪。
至于杆体的抗弯能力和抗压能力是非常小，可忽略不计。
1、锚杆的抗拉作用锚杆杆体所能承受的拉断载荷计算：式中P—锚杆拉断载荷,N；d—锚杆直径，mm；—锚杆钢材抗拉强度.2、锚杆的抗剪作用锚杆杆体所能承受的剪切载荷计算：式中Q-锚杆剪切载荷,N；d-锚杆直径，mm；—锚杆钢材剪切强度。
二、锚杆托板的作用一是通过给螺母施加一定的扭矩使托板压紧巷道表面，给锚杆提供预紧力，并使预紧力扩散到锚杆周围的煤岩体中，从而改善围岩应力状态，抑制围岩离层、结构面滑动和节理裂隙的张开，实现锚杆的主动、及时支护作用；二是围岩变形使载荷作用于托板上，通过托板将载荷传递到锚杆杆体，增大锚杆的工作阻力,充分发挥锚杆控制围岩变形的作用。
托板力学性能应与锚杆杆体的性能匹配，才能充分发挥锚杆的支护作用.托板强度不足、安装质量差、受较大偏载都会显著降低锚杆的作用。
对于端部锚固锚杆，托板是锚杆尾部接触围岩的构件，通过托板给锚杆施加预紧力,传递围岩载荷至锚杆杆体，托板本身失效，以及托板下方的围岩松散脱落,导致托板与表面不紧贴,都会使锚杆失去支护作用.托板对全长锚固锚杆的受力分布有明显的影响。
无托板时锚杆轴力在巷道表面处为零，在一定深度达到最大值，剪力在轴力最大处为零;有托板时，由于锚杆施加的预紧力和围岩通过托板作用在锚杆杆体上的力，使得锚杆轴力在巷道表面处达到一定值，而且使锚杆轴力最大的位置向孔口移动，更接近巷道表面。
三、锚固剂的作用锚固剂的作用是将钻孔孔壁岩石与杆体粘结在一起，使锚杆发挥支护作用。
(完整word版)锚杆支护理论
（4）新奥法。20世纪60年代，奥地利工程师L.V.Rabcewicz在总结前人经验基础上，提出了新奥法（NATM），目前新奥法已成为地下工程的主要设计施工方法之一。1978年，米勒（L.Miiller）教授比较全面地阐述了新奥法的基本指导思想和主要原则，并将其概括为22条。1980年，奥地利土木工程学会地下空间利用分会把新奥法定义为：“在岩质为砂质介质中开挖隧道，以使围岩形成一个中空筒状支承环结构为目的的隧道设计施工方法”。施工时遵循下列原则：①应当考虑岩体的力学特性；②应当在适宜时机构筑支护结构，避免围岩中出现不利的应力应变状态；③为使围岩形成力学上十分稳定的中空筒状支承环结构，必须构筑一个闭合的支护结构；④现场量测监控围岩动态，根据允许变形量求得最适宜的支护结构。新奥法的上述定义简明扼要地揭示了新奥法核心问题-充分利用围岩自承能力，使围岩本身形成支承环。
（a）平行（b）斜交（c）垂直
图7-32巷道走向与最大水平应力不同夹角下巷道破坏
图7-30锚杆的组合梁作用
（3）组合拱理论。兰氏（T•A•Lang）和彭德（Pende）通过光弹试验提出组合拱理论。组合拱理论认为，在拱形巷道围岩中安装预应力锚杆时，在锚固区内将形成以杆体两端为端点的圆锥形分布的压应力，只要沿巷道周边安装的锚杆间距足够小，相邻锚杆的压应力椎体将相互交错，在巷道周围锚固区中部形成一个连续的压缩带（拱）。承压拱内岩石处于径向、切向均受压的三向应力状态，使得岩体强度大大提高，支撑能力相应增加。该理论充分考虑了锚杆支护的整体作用，在软岩巷道中应用广泛。
锚杆支护理论
（1）悬吊理论。1952年路易斯•阿•帕内科（Louis.A.Panek）等提出了第一个锚杆支护理论—悬吊理论，该理论认为锚杆支护的作用就是将巷道顶板浅部较软弱破裂岩层悬吊在深部稳固的岩层上，增强浅部较软弱岩层的稳定性。
锚杆支护原理
锚杆支护一、锚杆支护原理1、锚杆的悬吊作用悬吊作用是指用锚杆将软弱的直接顶板吊挂在其上的坚固老顶之上。
如图1所示，或者是用锚杆将因巷道开挖而引起松动的岩块连接在松动区外的完整坚固岩石上，使松动岩块不至冒落。
锚杆的悬吊作用2、锚杆的组合梁理论利用锚杆的拉力将层状岩层组合起来形成组合梁结构进行支护，这就是锚杆组合梁作用。
组合梁作用的本质在于通过锚杆的预拉应力将原视为叠合梁的岩层挤紧，增大岩层间的摩擦力；同时，锚杆本身也提供一定的抗剪能力，阻止其层间错动。
锚杆把数层薄的岩层组合成类似铆钉加固的组合梁，这时被锚固的岩层便可看成组合梁，全部锚固层能保持同步变形，顶板岩层抗弯刚度得以大大提高。
锚杆的组合作用3、锚杆锲固作用是指在围岩中存在一组或多组不同产状的不连续面的情况下，由于锚杆穿过这些不连续面，防止或减少了围岩沿不连续面的移动。
如图3。
锚杆的楔固作用p бb p 锚杆的楔固作用-б p (бbp4、挤压加固拱作用形成以锚杆头和紧固端为顶点的锥形体压缩区。
如将锚杆沿拱形巷道周边按一定间距径向排列，在预应力作用下，每根锚杆周围形成的锥形体压缩区彼此重叠联结，在围岩中形成一连续压缩带。
它不仅能保持自身的稳定，而且能承受地压，组织上部围岩的松动和变形。
显然，对锚杆施加预紧力是形成加固拱的前提。
5、锚杆的减跨作用如果把不稳定的顶板岩层看成是支撑在两帮的叠合梁，由于可视悬吊在老顶上的锚杆为支点，安设了锚杆就相当于在该处打了点柱增加了支点而减少了顶板的跨度，从而降低了顶板岩层的弯曲应力和挠度，维持了顶板与岩石的稳定性，使岩石不易变形和破坏。
这就是锚杆的“减跨”作用，它实际上来源于锚杆的悬吊作用。
上述几种锚杆支护作用并非是孤立存在的，实际上是相互补充的综合作用，只不过在不同地质条件下，某种支护作用占的地位不同而已。
二、锚杆支护作用机理分析巷道开掘以后，由于受掘进工作面迎头及两帮的支撑，顶板下沉和变形很小。
此时安装锚杆，其主要作用是控制顶板浅部岩层的离层、滑动。
锚杆支护理论计算方法
锚杆支护参数的确定一、锚杆长度L≥L1+L2+L3------------------------- ①=0.1+1.5+0.3=1.9m式中：L——锚杆总长度，m；L1 ——锚杆外露长度(包括钢带+托板+螺母厚度)，取0.1m；L2 ——锚杆有效长度或软弱岩层厚度，m；L3——锚入岩（煤）层内深度（锚固长度），按经验L3≥300mm。
(一)锚杆外露长度L1L1=(0.1～0.15)m，[钢带+托板+螺母厚度+（0.02～0.03）](二)锚入岩(煤)层内深度(锚固长度)L31.经验取值法《在锚杆喷射混凝土支护技术规范》GBJ86－85“第三节锚杆支护设计”中、第3.3.3条第四款规定：第3.3.3条端头锚固型锚杆的设计应遵守下列规定:一、杆体材料宜用20锰硅钢筋或3号钢钢筋;二、杆体直径按表3.3.3选用;三、树脂锚固剂的固化时间不应大于10分钟,快硬水泥的终凝时间不应大于12分钟;四、树脂锚杆锚头的锚固长度宜为200～250毫米,快硬水泥卷锚杆锚头的锚固长度宜为300～400毫米;五、托板可用3号钢,厚度不宜小于6毫米,尺寸不宜小于150×150毫米;六、锚头的设计锚固力不应低于50千牛顿;七、服务年限大于5年的工程,应在杆体与孔壁间注满水泥砂浆。
一般取300mm ～400mm2. 理论估算法《在锚杆喷射混凝土支护技术规范》GBJ86－85“第三节 锚杆支护设计”中规定：第3.3.11条 局部锚杆或锚索应锚入稳定岩体。
水泥砂浆锚杆或预应力锚索的水泥砂浆胶结式内锚头锚入稳定岩体的长度,应同时满足下列公式:公式(3.3.11-1)、(3.3.11-2)见图形所示。
cs st f f d k l 412≥ (3.3.11-1)crst a f d f d k l 2214≥ (3.3.11-2) 式中la ——锚杆杆体或锚索体锚入稳定岩体的长度（cm ）； d1——锚杆钢筋直径走私或锚索体直径（cm ）；d2——锚杆孔直径（cm ）；f st ——锚杆钢筋或锚索体的设计抗拉强度（N/cm 2）；f cs ——水泥砂浆与钢筋或水泥砂浆与锚索的设计粘结强度(N/cm 2)；圆钢为2.5MPa ，螺纹钢为5MPa 。
锚杆支护原理
锚杆支护一、锚杆支护原理1、锚杆的悬吊作用悬吊作用是指用锚杆将软弱的直接顶板吊挂在其上的坚固老顶之上。
如图1所示，或者是用锚杆将因巷道开挖而引起松动的岩块连接在松动区外的完整坚固岩石上，使松动岩块不至冒落。
锚杆的悬吊作用2、锚杆的组合梁理论利用锚杆的拉力将层状岩层组合起来形成组合梁结构进行支护，这就是锚杆组合梁作用。
组合梁作用的本质在于通过锚杆的预拉应力将原视为叠合梁的岩层挤紧，增大岩层间的摩擦力；同时，锚杆本身也提供一定的抗剪能力，阻止其层间错动。
锚杆把数层薄的岩层组合成类似铆钉加固的组合梁，这时被锚固的岩层便可看成组合梁，全部锚固层能保持同步变形，顶板岩层抗弯刚度得以大大提高。
锚杆的组合作用3、锚杆锲固作用是指在围岩中存在一组或多组不同产状的不连续面的情况下，由于锚杆穿过这些不连续面，防止或减少了围岩沿不连续面的移动。
如图3。
锚杆的楔固作用p бbp锚杆的楔固作用-б p (бbp4、挤压加固拱作用形成以锚杆头和紧固端为顶点的锥形体压缩区。
如将锚杆沿拱形巷道周边按一定间距径向排列，在预应力作用下，每根锚杆周围形成的锥形体压缩区彼此重叠联结，在围岩中形成一连续压缩带。
它不仅能保持自身的稳定，而且能承受地压，组织上部围岩的松动和变形。
显然，对锚杆施加预紧力是形成加固拱的前提。
5、锚杆的减跨作用如果把不稳定的顶板岩层看成是支撑在两帮的叠合梁，由于可视悬吊在老顶上的锚杆为支点，安设了锚杆就相当于在该处打了点柱增加了支点而减少了顶板的跨度，从而降低了顶板岩层的弯曲应力和挠度，维持了顶板与岩石的稳定性，使岩石不易变形和破坏。
这就是锚杆的“减跨”作用，它实际上来源于锚杆的悬吊作用。
上述几种锚杆支护作用并非是孤立存在的，实际上是相互补充的综合作用，只不过在不同地质条件下，某种支护作用占的地位不同而已。
二、锚杆支护作用机理分析巷道开掘以后，由于受掘进工作面迎头及两帮的支撑，顶板下沉和变形很小。
此时安装锚杆，其主要作用是控制顶板浅部岩层的离层、滑动。
锚杆支护作用原理
锚杆支护作用原理
锚杆支护是一种常见的地下工程支护方式，其原理是利用锚杆在地层中的固定作用，来增强地基或者岩体的稳定性，防止其发生位移或者破坏。
锚杆支护作用原理主要包括以下几个方面：
1. 增加地层的受力面积。
锚杆通过在地层中的固定作用，可以将地层的受力面积扩大，从而分散地层的受力，减小了地层的应力集中程度，提高了地层的承载能力和稳定性。
2. 提高地层的抗拉强度。
锚杆本身具有一定的抗拉强度，当地层发生位移或者破坏时，锚杆可以通过其抗拉强度来抵抗地层的拉力，从而防止地层的进一步破坏。
3. 控制地层的变形。
锚杆支护可以通过固定地层的方式，控制地层的变形，防止地层发生过大的位移或者破坏，保证地下工程的安全运行。
4. 加固岩体的稳定性。
在岩体工程中，锚杆支护可以加固岩体的稳定性，防止岩体的滑移、坍塌或者崩落，保障岩体工程的施工和使用安全。
5. 提高地下工程的承载能力。
通过锚杆支护，可以提高地下工程的承载能力，增强地基或者岩体的稳定性，保证地下工程的安全运行。
总之，锚杆支护作用原理是通过锚杆在地层中的固定作用，来增强地基或者岩体的稳定性，防止其发生位移或者破坏，提高地下工程的安全性和稳定性。
在实际
工程中，锚杆支护是一种经济、有效的地下工程支护方式，受到了广泛的应用和推广。
锚杆支护理论计算方法(规范)
锚杆支护参数的确定一、锚杆长度L≥L1+L2+L3------------------------- ①=0.1+1.5+0.3=1.9m式中：L——锚杆总长度，m；L1 ——锚杆外露长度(包括钢带+托板+螺母厚度)，取0.1m；L2 ——锚杆有效长度或软弱岩层厚度，m；L3——锚入岩（煤）层内深度（锚固长度），按经验L3≥300mm。
(一)锚杆外露长度L1L1=(0.1～0.15)m，[钢带+托板+螺母厚度+（0.02～0.03）](二)锚入岩(煤)层内深度(锚固长度)L31.经验取值法《在锚杆喷射混凝土支护技术规范》GBJ86－85“第三节锚杆支护设计”中、第3.3.3条第四款规定：第3.3.3条端头锚固型锚杆的设计应遵守下列规定:一、杆体材料宜用20锰硅钢筋或3号钢钢筋;二、杆体直径按表3.3.3选用;三、树脂锚固剂的固化时间不应大于10分钟,快硬水泥的终凝时间不应大于12分钟;四、树脂锚杆锚头的锚固长度宜为200～250毫米,快硬水泥卷锚杆锚头的锚固长度宜为300～400毫米;五、托板可用3号钢,厚度不宜小于6毫米,尺寸不宜小于150×150毫米;六、锚头的设计锚固力不应低于50千牛顿;七、服务年限大于5年的工程,应在杆体与孔壁间注满水泥砂浆。
一般取300mm ～400mm2. 理论估算法《在锚杆喷射混凝土支护技术规范》GBJ86－85“第三节 锚杆支护设计”中规定：第3.3.11条 局部锚杆或锚索应锚入稳定岩体。
水泥砂浆锚杆或预应力锚索的水泥砂浆胶结式内锚头锚入稳定岩体的长度,应同时满足下列公式:公式(3.3.11-1)、(3.3.11-2)见图形所示。
cs st f f d k l 412≥ (3.3.11-1)crst a f d f d k l 2214≥ (3.3.11-2) 式中la ——锚杆杆体或锚索体锚入稳定岩体的长度（cm ）； d1——锚杆钢筋直径走私或锚索体直径（cm ）；d2——锚杆孔直径（cm ）；f st ——锚杆钢筋或锚索体的设计抗拉强度（N/cm 2）；f cs ——水泥砂浆与钢筋或水泥砂浆与锚索的设计粘结强度(N/cm 2)；圆钢为2.5MPa ，螺纹钢为5MPa 。
锚杆支护的基本原理
锚杆支护的基本原理
锚杆支护是一种常用的岩土工程支护方法，其基本原理是利用预埋的锚杆将岩体或土体与支护结构牢固连接起来，以增加岩体或土体的整体稳定性和承载力。
锚杆支护通过将锚杆“固定”在被支护的岩体或土体中，利用杆身的摩擦力和锚固效应，抵抗由地下水、地震力、地表载荷等外力引起的岩体或土体位移和破坏。
锚杆支护的基本原理是靠锚杆的张拉来产生固有应力，通过锚杆和锚固体之间的连接，将固有应力传递给岩体或土体，从而增加其内聚力和抗剪强度。
锚杆通常由高强度材料制成，如钢筋、钢管或合成材料等。
通常在需要支护的岩体或土体中预埋锚孔，然后通过锚注浆液将锚杆与锚孔固定连接起来。
锚杆支护的固有应力可以有效地控制和限制岩体或土体的位移和破坏。
在岩体或土体受到外力作用时，支护结构通过锚杆与岩体或土体产生相互作用，从而形成一个整体的稳定体系。
同时，锚杆支护还能够提供临时的地下支撑，为后续施工提供安全保障。
锚杆支护具有施工方便、适应性强、效果稳定等优点，广泛应用于地下工程、隧道、矿山和土木工程等领域。
在设计和施工过程中，需要根据具体的工程要求和现场条件进行合理的锚杆布置和设计。
通过科学合理地选择锚杆的材料、直径、长度和间距等参数，可以最大限度地提高锚杆支护的效果。
锚杆支护理论
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
锚杆支护理论
（1）悬吊理论
悬吊理论认为：锚杆支护的作用是将巷道顶板较软弱岩层悬吊在上部稳定岩层上，增强较软弱岩层的稳定性。
对于回采巷道经常遇到的层状岩体，锚杆的悬吊作用如图7-38a 所示。
如果巷道浅部围岩松软破碎，顶板出现松动破裂区，锚杆的悬吊作用是将这部分易冒落岩体锚固在深部未松动的岩层上（图7- 38b）。
a b
图7-25 锚杆支护悬吊作用
a 坚硬顶板锚杆的悬吊作用；
b 软弱顶板锚杆的悬吊作用
（2）组合梁理论
如果顶板岩层中存在若干分层，组合梁理论认为锚杆的作用一方面提供锚固力增加各岩层间的摩擦力，阻止岩层沿层面继续滑动，避免出现离层现象；另一方面锚杆杆体可增加岩层间的抗剪刚度，阻止岩层间的水平错动，从而将巷道顶板锚固范围内的几个薄岩层锁成一个较厚的岩层(图7-26)。
图7-26 层状顶板锚杆组合梁
（3）组合拱（压缩拱）理论
组合拱理论认为：在拱形巷道围岩的破裂区中安装预应力锚杆，从杆体两端起形成圆锥形分布的压应力区，如果锚杆间距足够小，各个锚杆形成的压应力圆锥体相互交错，在岩体中形成一个均匀的压缩带，即压缩拱。
压缩拱内岩石径向、切向均受压，处于三向应力状态，围岩强度得到提高，支承能力相应增大（图7-27）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
传统锚杆支护理论
传统的锚杆支护理论有悬吊理论、组合梁理论、组合拱（压缩拱）理论，近期又发展了最大水平应力理论等。
1、悬吊理论
悬吊理论认为：锚杆支护的作用就是将巷道顶板较软弱岩层吊在上部稳定岩层上，以增强较软弱岩层的稳定性。
对于回采巷道经常遇到的层状岩体，当巷道开挖后，直接顶因弯曲、变形与老顶分离，如果锚杆及时将直接顶挤压并悬吊在老顶上，就能减小和限制直接顶的下沉和离层，以达到支护的目的。
巷道浅部围岩松软破碎，或者开掘巷道后应力重新分布，顶板出现松动破裂区，这时锚杆的悬吊作用就是将这部分易落岩体悬吊在深部未松动岩层上。
这是悬吊理论的进一步发展。
根据悬吊岩层的质量就可以进行锚杆支护设计。
悬吊理论直观地揭示了锚杆的悬吊作用，在分析过程中不考虑围岩的自承能力，而且将被锚固体与原岩体分开，与实际情况有一定差距，计算数据存在误差。
悬吊理论只适用于巷道顶板，不适用于巷道帮、底。
如果顶板中没有坚硬稳定岩层或顶板较软弱岩层较厚，围岩破碎区范围较大，无法将锚杆锚固到上面坚硬岩层或者未松动岩层上，悬吊理论就不适用。
2、组合梁理论
组合梁理论认为：在层状岩体中开挖巷道，当顶板在一定范围内不存在坚硬稳定岩层时，锚杆的悬吊作用居次要地位。
如果顶板岩层中存在若干分层，顶板锚杆的作用，一方面是依靠锚杆的锚固力增加各岩层间的摩擦力，防止岩石沿层面滑动，避免各岩层出现离层现象；另一方面，锚杆杆体可增加岩层间的抗剪刚度，阻止岩层间的水平错动，从而将巷道顶板锚固范围内的几个薄岩层锁紧成一个较厚的岩层（组合梁）。
这种组合厚岩层在上覆岩层荷载的作用下，其最大弯曲应变和应力都将大大减小，组合梁的挠度也减小，而且组合梁越厚，梁内的最大应力、应变和梁的挠度也就减小。
根据组合梁的强度大小，可以确定锚杆支护参数。
组合梁理论，是对锚杆将顶板岩层锁紧成较厚岩层的解释。
在分析中，将锚杆作用与围岩的自稳作用分开，与实际情况有一定的差距，并且随着围岩条件的变化，在顶板较破碎、连续性受到破坏时，组合梁也就不存在了。
组合梁理论只适合于层状顶板锚杆支护的设计，对于巷道的帮、底不适用。
3、组合拱（压缩拱）理论
组合拱理论认为：在拱形巷道围岩的破裂区中安装预应力锚杆时，在杆体两端将形成圆锥形分布的压应力，如果沿巷道周边置锚杆群，只要锚杆间距足够小，各个锚杆形成的压应力圆锥体将相互交错，就能在岩体中形成一个均匀的压缩带，即承压拱（也称组合拱或压缩拱），这个承压拱可以承受其上部破碎岩石施加的径向荷载。
在承压
拱内的岩石径向及切向均受压，处于三向应力状态，其围岩强度得到提高，支撑能力也相应加大。
因此，锚杆支护的的关键在于获取较大的承压拱厚度和较高的强度，其厚度越大，越有利于围岩的稳定和支撑能力的提高。
组合拱理论在一定程度上揭示了锚杆支护的作用机理，但在分析过程中没有没有深入考虑围岩—支护的相互作用，只是将各支护结构的最大支护力简单相加，从而得到复合支护结构的最大支护力，缺乏对被加固岩体本身力学行为的进一步分析探讨，计算也与实际情况存在一定差距，一般不能作为准确的定量设计，但可作为锚杆加固设计和施工的重要参考。
4、最大水平应力理论
最大水平应力理论由澳大利亚学者盖尔（W.J.GaIe）提出。
该理论认为：矿井岩层的水平应力通常大于垂直应力，水平应力具有明显的方向性，最大水平应力一般为最小水平应力的1.5~2.5倍。
巷道顶、底板的稳定性主要受水平应力的影响，且有三个特点：①与最大水平应力平行的巷道受水平应力影响最小，顶、底板稳定性最好；②与最大水平应力呈锐角相交的巷道，其顶、底板变形破坏偏向巷道某一帮；
③与最大水平应力垂直的巷道，顶、底板稳定性最差。
在最大水平应力作用下，顶、底板岩层易于发生剪切破坏，出现错动与松动而膨胀造成围岩变形，锚杆的作用即是约束其沿轴向岩层膨胀和垂直于轴向的岩层剪切错动，因此要求锚杆必须具备强度大、刚度大、抗剪阻力大，才能起约束围岩变形的作用。
最大水平应力理论，论述了巷道围岩水平应力对巷道稳定性的影响以及锚杆支护所起的作用。
在设计方法上，借助于计算机数值模拟不同支护情况下锚杆对围岩的控制效果，进行优化设计，在使用中强调监测的重要性，并根据监测结果修改完善初始设计。