岩石力学课程设计计算2009.doc

北京科技大学资源工程 轴对称圆巷喷锚支护设计计算 北京科技大学资源工程 设计某均质岩层中圆形巷道采用喷锚支护。已知巷道掘进断面半径a=4.5m，埋深h=150m，实测得喷锚支护前巷道周边已产生位移uob = 1.06cm。已知围岩塑性区变形区变形模量E0=1.764103MPa，泊松比= 0.5。凝聚力C=0.058MPa ，内摩擦角=350。容重r=27KN/m3，侧压系数=1。喷射混凝土的弹性模量Ec = 1.764104MPa， 泊松比c= 0.17,抗拉强度Sc= 19.6MPa，锚杆拟采用16号锰钢，其抗剪强度tb = 321.5MPa，抗拉强度St = 509.8MPa，弹性模量Eb = 1.96105MPa，锚杆锚固力为15104N。设计计算步骤1. 确定围岩加锚杆后的C1,f1的值设计采用直径为22mm的16号锰钢作为砂浆锚杆，锚杆截面积F=0.00038m2，锚杆均匀布置，纵横间距均取1m，假定f值不变，计算由安装锚杆引起的围岩内聚力的变化值C1。 （1）式中：C1 巷道进行锚杆支护后围岩的内聚力； F 锚杆的截面积，cm2; tb 锚杆的抗剪强度，MPa； e 锚杆的间距,m;i 锚杆的排距，m。 设计中近似认为围岩的内摩擦角没有变化，即 f1 = f （2）2. 计算加锚杆后巷道周边位移(1) 计算巷道自重应力 （3）(2) 计算巷道位移系数IbE0 塑性区的变形模量；初设加锚杆后的支护抗力(3) 计算巷道在支护抗力为条件下的塑性区半径 （5）其中：为喷射混凝土的支护抗力，MPa; 为锚杆提供的支护抗力，MPa; 巷道直径，m；(4) 计算巷道周边位移 （6）3. 计算锚杆提供的支护抗力（1） 选用锚杆的有效长度L=2m，求巷道松动圈半径Rb。 （7）（2） 效验锚杆的有效长度L， （8） 2.5721.47 符合要求如果不满足，则要增加锚杆长度。RobaRb松动圈塑性圈锚杆（3） 校验锚杆的锚固力计算围岩锚固后，锚杆前端围岩的径向位移和锚杆后端围岩的径向位移。RobaRb松动圈塑性圈锚杆UfUbf （9） （10） 式中为支护前巷道周边已产生的位移。由于锚杆被拉升，其拉升长度为-，因此。锚杆中的拉力为Q。拉应力为 （11）此时锚杆内所受到的拉应力343.14MPa小于锚杆的抗拉强度509.8MPa, 因此锚杆不会发生拉断。比较锚杆中的拉应力与锚杆的抗拉强度，若锚杆的拉应力小于抗拉强度则锚杆不被拉断，若锚杆受到的拉应力大与锚杆的强度，可使用高强度锚杆或增加锚杆数量，即减小i, e。（4） 计算锚杆的安全系数K1 (12)（5） 计算锚杆的拉力Q (13) 锚杆受到的拉力Q=F = 343.140.00038=13104 N，可知锚杆的受到的拉力小于锚杆锚固力15104 N，符合要求。 比较锚杆的拉力Q与锚杆最大锚固力，如果Q大于锚杆最大锚固力，则锚杆将失效，减小i，e（6） 计算锚杆的支护抗力 (14)4. 效验喷层厚度（1） 计算喷层支护抗力Pi则,（2） 初步设计喷层厚度为10cm，取安全系数K3 =1.2设计所需的喷层厚度t： (15) 式中：Sc 喷层的抗压强度，MPa； 要求喷层的计算厚度t小于初步设计的喷层厚度，否则增加喷层厚度。5. 计算喷层外壁位移ub (16) 式中 喷层材料的刚度系数，MPa/ m; (17) 式中 喷层材料的外半径，m； 喷层材料的内半径，m； 喷层材料的泊松比； 喷层材料的弹性模量，MPa。 得到6. 喷射混凝土衬砌前巷道周边位移u0 u0 = uab u