恒阻大变形锚索静力拉伸力学特性及工程应用

深部工程由于面临大变形、高地压等力学现象，导致灾害频发，主要原因是开挖后围岩的能量得不到合理释放。传统支护材料由于延伸率低，无法适应围岩大变形，安全储备低，无法施加高预紧力，因此难以做到有效吸能。为此，本文研发了一种新型恒阻大变形(CRLD)锚索，开展了静力拉伸实验，并与普通高强(HS)锚索进行了对比分析。结果表明:(1)CRLD锚索具有明显的恒阻阶段，恒阻值在415 kN左右，伸长率达到25%，是HS锚索伸长率的3.9倍，吸能量为HS锚索的3.5 倍。(2)第一根钢绞线破断前，锚索全段温度约为 33℃，均匀吸收能量，无明显能量集中现象，破断后，钢绞线分段伸长量标准差为 4.16 mm，离散程度小，钢绞线各段沿长度方向变形均匀，断口颈缩率为 8.5%，无明显颈缩现象。(3)在此基础上，提出了锚索静力韧度UT的评价指标，该指标能反映锚索强度、伸长率和吸能密度的综合力学性能。通过与HS锚索和另一种应用广泛的、具有优异吸能特性的He锚索进行对比，发现CRLD锚索的UT比HS锚索提升了117%，比He锚索提升了 38.1%。(4)本文提出了CRLD锚索的支护设计原理，并将CRLD锚索在埋深 1050 m的巷道现场进行应用，结果表明，CRLD锚索由于强度储备高，可施加的预紧力可达到锚索破断荷载的 85%以上，是HS锚索的 2.3 倍。采用新支护后，巷道围岩最大变形量为 180 mm，是传统支护下围岩最大变形量的 36%，巷道变形得到控制，围岩达到稳定。