一种监测全长锚固锚杆杆体应力分布的方法技术

本发明专利技术公开了一种监测全长锚固锚杆杆体应力分布的方法，属于锚杆测量技术领域。本发明专利技术包括以下步骤：步骤1：根据巷道周边位移与岩体深部位移关系获得巷道当量半径、巷道中心到岩体中某一点的距离和围岩表面变形量，根据围岩表面变形量确定围岩稳定性系数；选取锚杆杆体的相关参数，包括锚杆长度、弹性模量、横截面面积；选取锚固剂的相关参数，包括锚固剂弹性模量、锚固剂横截面面积；通过应力传感器获得托锚力；步骤2：在计算机中构建锚杆杆体所受轴力及剪应力计算解析式，将步骤1获取的参数数值输入到解析式中，得到锚杆杆体的剪应力以及轴力分布规律。通过本发明专利技术获得的锚杆杆体的应力分布曲线，体现锚杆杆体受力的连续性。

A Method for Monitoring Stress Distribution of Full-length Anchor Bolt

【技术实现步骤摘要】
一种监测全长锚固锚杆杆体应力分布的方法
本专利技术属于锚杆测量
，具体地说，涉及一种监测全长锚固锚杆杆体应力分布的方法。
技术介绍
全长锚固锚杆通过锚杆与岩石间胶合剂的粘结力或者摩擦力来阻止围岩变形。目前，全长锚固锚杆在采矿工程
中已广泛使用，大量的工程实践也推动了锚固技术发展。随着煤矿采深的增加，巷道围岩节理裂隙发育、松软破碎、破坏范围大，全长锚固锚杆承载能力需不断增强，因此，亟需得到全长锚固锚杆杆体实际应力分布情况改善全长锚固锚杆的支护性能。现有技术中，为了监测分析全长锚固锚杆杆体的应力分布，一般在锚杆杆体表面开设凹槽，在凹槽中装设应变片，但是，在锚杆杆体的凹槽处会出现应力集中，锚杆杆体的原始受力状态被破坏，通过应变片监测到的锚杆杆体应力分布数据不真实。为了提高锚杆杆体应力分布数据的准确性，在锚杆杆体表面设置固定装置，通过固定装置安装应力检测装置。专利公开号：CN107560950A，公开日：2018年1月9日，专利技术创造名称为：一种预应力锚杆界面剪应力测量装置及其试验方法。其中，预应力锚杆界面剪应力测量装置包括杆体、杆体上方与其平行设置用于导线汇入的PVC管、与PVC管连接且嵌套于杆体外侧间隔设置的至少一个PVC管环，杆体包括伸入围岩的内锚固段和伸出围岩的自由段，杆体两侧对应于每个设置有PVC管环的位置分别粘贴有应变片Ⅰ，且该位置铰接有细钢筋，应变片Ⅰ根据试验要求分布于杆体的内锚固段上，细钢筋向杆体两侧分别引出粘贴有应变片Ⅱ的应变砖，且应变片Ⅱ朝向待测量界面，外置应变仪通过导线分别连接于应变片Ⅰ和应变片Ⅱ；该预应力锚杆界面剪应力测量装置通过采集应变片数据得到锚杆杆体剪应力分布情况。专利公开号：CN108692771A，公开日：2018年10月23日，专利技术创造名称为：一种螺纹钢锚杆全应力光纤监测装置。该螺纹钢锚杆全应力光纤监测装置包括螺纹钢锚杆和沿其长度方向全长设置的分布式光纤传感器，沿螺纹钢锚杆长度方向间隔固定设置扣件，分布式光纤传感器与扣件连接，并通过固定扣件将分布式光纤传感器与锚杆杆体连接，通过分布式光纤传感器最终得到锚杆杆体应力分布规律。通过分析可知，现有技术均沿锚杆杆体长度方向上取测点，仅仅测量分析测点的应力，无法体现锚杆杆体受力的连续性。
技术实现思路
1、要解决的问题针对现有技术仅监测锚杆杆体上测点处的受力状况，而无法获得锚杆杆体长度方向上每个位置处的受力状况的问题，本专利技术提供一种监测全长锚固锚杆杆体应力分布的方法，本专利技术通过解析式获得锚杆杆体的剪应力以及轴力分布规律，即锚杆杆体的应力分布曲线，以此获得锚杆杆体长度方向上每个位置处的受力状况，体现锚杆杆体受力的连续性。2、技术方案为解决上述问题，本专利技术采用如下的技术方案。一种监测全长锚固锚杆杆体应力分布的方法，包括以下步骤：步骤1：获得巷道当量半径a0、巷道中心到岩体中某一点的距离r和围岩表面变形量U0，根据围岩表面变形量U0确定围岩稳定性系数b；选取锚杆杆体的相关参数，包括锚杆长度L、弹性模量Eb、横截面面积As；选取锚固剂的相关参数，包括锚固剂弹性模量Ec、锚固剂横截面面积Ac；通过应力传感器获得托锚力Q；为获得托锚力，应力传感器的安装方法一般为：锚杆杆体伸出巷道内侧的一端，依次套装有锚杆托盘、应力传感器和螺母，使锚杆托盘抵住巷道内侧面，通过拧紧螺母，将应力传感器固定在锚杆托盘与螺母之间；步骤2：在计算机中构建锚杆杆体所受轴力及剪应力计算解析式，将步骤1获取的参数数值输入到解析式中，得到锚杆杆体的剪应力以及轴力分布规律：其中，剪应力计算解析式：轴力计算解析式：N＝AbEb(W-Ir-Kr2)；式中，Ab为锚杆折算横截面面积，A为围岩条件系数的乘积，即：A＝b2U0；u为巷道中心至锚杆端部距离，即：u＝a0+L；W为常数项，即：e为自然常数；I为一次项系数，即：K为二次项系数，即：rx按如下关系式进行确定：rx为中性点半径。较优选的，所述步骤1中，通过激光巷道断面检测仪监测得到巷道周边位移与岩体深部位移关系，根据巷道周边位移与岩体深部位移关系获得巷道当量半径a0、巷道中心到岩体中某一点的距离r和围岩表面变形量U0。较优选的，所述步骤1中，所述应力传感器为钢弦式压力盒。较优选的，所述步骤2中，将托锚力的数值实时传输到计算机中，具体方法为：通过数据储存盒记录应力传感器监测到的托锚力数值，通过数据采集器采集数据储存盒内的托锚力数值，数据采集器通过数据转接器将所采集托锚力数值传输至计算机。3、有益效果相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术通过解析式获得锚杆杆体的剪应力以及轴力分布规律，即锚杆杆体的应力分布曲线，以此获得锚杆杆体长度方向上每个位置处的受力状况；现有技术是取不同点进行检测分析，无法体现锚杆杆体受力的连续性；本专利技术通过锚杆杆体的应力分布曲线体现锚杆杆体受力的连续性。另外，本专利技术中应力传感器的安装步骤简单，能节省大量工期。现有技术通过应变片直接监测锚杆杆体上的应力分布，由于锚杆杆体的长度一般控制在1.8～3.0m范围内，要实时监测锚杆杆体的应力分布，必然在锚杆杆体上装设较多的应变片，而应变片连接线路装设复杂；如此一来，对于锚杆群来说，应变片的装设以及应变片连接线路的装设会成为非常大的工作量。这里，由于应力传感器固定在锚杆托盘与螺母之间，安装较为方便且不影响锚杆杆体与围岩间的相互作用效果，在应力传感器安装完成后，便可实时监测锚杆杆体的受力，且不受围岩离层较大或变形较大的影响而导致所收集数据出现错误。(2)本专利技术通过激光巷道断面检测仪获得巷道周边位移与岩体深部位移关系，根据巷道周边位移与岩体深部位移关系获得巷道当量半径a0、巷道中心到岩体中某一点的距离r和围岩表面变形量U0。激光巷道断面检测仪具有测量精度高、速度快、无需后处理、可直接输出报告的优点。(3)本专利技术采用钢弦式压力盒，能够实时监测到托锚力，进而得到锚杆杆体实时的剪应力以及轴力分布；现有技术采用的应变片易发生断裂，无法实时监测到锚杆杆体的应力分布。另外，钢弦式压力盒采用振弦理论设计制造，具有高灵敏度、高精度、高稳定性的优点，适用于现场原位试验长期观测，观测所得数据不受导线长度影响。附图说明图1为巷道周边位移与岩体深部位移关系示意图；图2为应力传感器的安装结构示意图；图3为本专利技术得到的锚杆杆体的轴力分布曲线；图4为本专利技术得到的锚杆杆体的剪应力分布曲线。图中：1、巷道；2、锚固剂；3、锚杆杆体；4、锚杆托盘；5、应力传感器；6、螺母。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进一步进行描述。实施例1一种监测全长锚固锚杆杆体应力分布的方法，它包括以下步骤：步骤1：获取巷道周边位移与岩体深部位移关系以及锚杆实时工况：其中，获得巷道当量半径a0、巷道中心到岩体中某一点的距离r和围岩表面变形量U0，根据围岩表面变形量U0确定围岩稳定性系数b。围岩稳定性系数b由围岩表面变形量U0大小确定，其关系见表1。表1是岩体稳定性系数取值表。表1围岩稳定系数取值表相关参数极软岩软岩中硬及以上表面位移量U0/m0.8以上0.4～0.60.1～0.3稳定性系数b0.450.65大于0.9在本实施例中，通过激光巷道断面检测仪获取巷道周边位移与岩体深部位移关系，根据巷道周边位移与岩体深部位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种监测全长锚固锚杆杆体应力分布的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：获得巷道当量半径a0、巷道中心到岩体中某一点的距离r和围岩表面变形量U0，根据围岩表面变形量U0确定围岩稳定性系数b；选取锚杆杆体的相关参数，包括锚杆长度L、弹性模量Eb、横截面面积As；选取锚固剂的相关参数，包括锚固剂弹性模量Ec、锚固剂横截面面积Ac；通过应力传感器获得托锚力Q；步骤2：在计算机中构建锚杆杆体所受轴力及剪应力计算解析式，将步骤1获取的参数数值输入到解析式中，得到锚杆杆体的剪应力以及轴力分布规律：其中，剪应力计算解析式：

【技术特征摘要】
1.一种监测全长锚固锚杆杆体应力分布的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：获得巷道当量半径a0、巷道中心到岩体中某一点的距离r和围岩表面变形量U0，根据围岩表面变形量U0确定围岩稳定性系数b；选取锚杆杆体的相关参数，包括锚杆长度L、弹性模量Eb、横截面面积As；选取锚固剂的相关参数，包括锚固剂弹性模量Ec、锚固剂横截面面积Ac；通过应力传感器获得托锚力Q；步骤2：在计算机中构建锚杆杆体所受轴力及剪应力计算解析式，将步骤1获取的参数数值输入到解析式中，得到锚杆杆体的剪应力以及轴力分布规律：其中，剪应力计算解析式：轴力计算解析式：N＝AbEb(W-Ir-Kr2)；式中，Ab为锚杆折算横截面面积，A为围岩条件系数的乘积，即：A＝b2U0；u为巷道中心至锚杆端部距离，即：u＝a0+L；W为常数项，即：e为自然常数；I为一次项...

【专利技术属性】
技术研发人员：李英明，赵呈星，张若飞，孟祥瑞，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34