锚杆支护过程中剪切角度对锚杆变形的影响作用试验分析

锚杆支护过程中剪切角度对锚杆变形的影响作用试验分析

刘铁鑫

中国建筑东北设计研究院有限公司， 辽宁 沈阳 110006

摘要：本文通过系统的试验研究，探讨了在锚杆支护过程中不同剪切角度对锚杆变形的影响。通过分析试验数据，揭示了剪切角度对锚杆变形的影响规律，为优化锚杆支护设计提供了重要参考。

关键词：锚杆支护；剪切角度；变形影响；试验分析

一、引言

随着城市建设的快速发展，地下工程的应用范围日益广泛，其中锚杆支护作为一种常见的地下工程支护方式，受到了广泛的关注。然而，在实际工程中，锚杆支护设计常常受到地质条件、支护材料及施工工艺等多种因素的影响，因此需要更深入的研究来优化支护设计，提高工程的稳定性和安全性。本研究旨在探究剪切角度在锚杆支护中的作用，为工程实践提供更为科学的指导。本文的研究目的在于深入探讨在锚杆支护过程中剪切角度对锚杆变形的影响。通过系统的试验研究，分析不同剪切角度下锚杆的变形情况，揭示剪切角度与锚杆支护性能之间的关联。

二、试验设计与方法

锚杆支护作为地下工程中的关键技术，其性能直接影响到工程的稳定性和安全性。为了深入研究剪切角度对锚杆变形的影响，我们设计了一系列综合性试验，以全面了解剪切角度在支护中的作用机理。

2.1 试验材料与设备

本试验选用了常见的锚杆材料，并配备了适当的试验设备。锚杆的材料应具有良好的抗拉性能和承载能力，以确保试验的可靠性。试验设备包括拉力试验机、变形监测仪等，用于模拟真实工程中的锚杆支护情况，并对试验过程中的力学性能进行准确测量。

2.2 试验方案设计

针对剪切角度对锚杆支护的影响，我们设计了一系列试验方案。根据实际工程情况，选取了不同剪切角度作为试验参数，包括小角度、中等角度和大角度。通过设置多组试验样本，能够全面地探究剪切角度变化对锚杆变形的影响规律。

2.3 数据采集与处理方法

试验过程中，我们采用了先进的数据采集技术，实时监测锚杆在不同剪切角度下的变形情况。通过变形监测仪等设备，可以精确记录锚杆的位移、弯曲等变形信息。采集到的数据将通过统计学方法和图表展示进行分析，以明确剪切角度与锚杆变形之间的关系。

三、试验过程与结果分析

3.1 不同剪切角度试验对比

在试验过程中，我们分别进行了小角度、中等角度和大角度剪切试验，以比较不同剪切角度对锚杆支护性能的影响。通过比对不同试验条件下的变形数据，可以明确剪切角度对锚杆变形的调控作用。

3.1.1 小角度剪切试验

小角度剪切试验中，锚杆的剪切角度较小，试验旨在探究剪切角度对支护性能的局部影响。结果显示，小角度剪切下，锚杆变形较为稳定，弯曲程度相对较小。这可能是因为小角度剪切时锚杆能够更好地承受外部荷载，从而减小了变形的幅度。

3.1.2 中等角度剪切试验

中等角度剪切试验涉及了更大的剪切角度，通过比对不同试验条件下的变形数据，可以明确剪切角度对锚杆变形的调控作用。结果表明，在中等角度剪切下，锚杆的弯曲变形逐渐增大，但变形仍处于可控范围内。

3.1.3 大角度剪切试验

大角度剪切试验中，试验样本的剪切角度较大，旨在模拟极端工况下的锚杆支护情况。结果显示，大角度剪切会导致锚杆的弯曲和位移变形显著增加，甚至可能引发破坏。这强调了剪切角度在锚杆支护中的重要性，尤其是在工程设计中需要仔细考虑极端情况。

3.2 锚杆变形特点分析

3.2.1 剪切角度对锚杆弯曲变形的影响

试验结果显示，剪切角度与锚杆的弯曲变形密切相关。随着剪切角度的增加，锚杆的弯曲变形逐渐加剧，这可能是因为较大的剪切角度导致了支护系统的不稳定性，使得锚杆承受更大的荷载。

3.2.2 剪切角度对锚杆位移变形的影响

剪切角度也对锚杆的位移变形产生影响。试验数据表明，较大的剪切角度会导致锚杆的位移变形增加，这可能是因为剪切角度影响了锚杆与周围土体之间的相互作用，进而影响了位移的传递机制。

3.2.3 剪切角度对锚杆破坏模式的影响

在试验中观察到，剪切角度的变化还会影响锚杆的破坏模式。小角度剪切下，锚杆通常呈现出弯曲破坏；中等角度剪切下，锚杆可能出现局部剪切破坏；而大角度剪切下，锚杆可能出现整体剪切破坏。这强调了剪切角度对支护系统破坏机制的重要影响。

四、影响机理分析

4.1 剪切角度与支护性能的关系

剪切角度直接影响支护系统的稳定性和承载能力。较小的剪切角度可以使锚杆在外力作用下更好地抵抗变形，从而提高支护的稳定性。然而，随着剪切角度的增加，锚杆之间的相互作用变得更加复杂，可能会导致支护体系的不稳定性增加，降低支护性能。

4.2 剪切角度与锚杆受力特点的关联

剪切角度不仅影响锚杆的整体变形，还直接关联着锚杆受力特点。较小的剪切角度下，锚杆更容易受到拉力的作用，弯曲程度相对较小；而较大的剪切角度会引起锚杆的扭转和剪切变形，使其受力特点发生明显变化。因此，剪切角度的变化将直接影响锚杆的受力分布和变形模式。

4.3 剪切角度变化引起变形差异的原因

剪切角度变化导致锚杆变形差异的原因涉及多个因素的综合作用。首先，剪切角度的变化会影响锚杆之间的夹角，进而改变了支护体系的整体刚度。其次，不同剪切角度下，锚杆与周围土体之间的摩擦力和相互作用程度也发生变化，从而影响了锚杆的变形传递机制。此外，剪切角度变化还可能引起支护系统内部的应力集中，从而影响了锚杆的破坏模式。

五、优化支护设计建议

5.1 基于试验结果的剪切角度选择

根据试验数据分析，应根据工程的具体情况选择合适的剪切角度。对于地质条件较好且荷载较小的区域，可以选择较小的剪切角度，以保证锚杆的稳定性和抗变形能力。而在地质条件较差或荷载较大的区域，可以适当增大剪切角度，以提高支护系统的整体稳定性。

5.2 考虑剪切角度的锚杆排布方案

剪切角度的选择也会影响锚杆的排布方案。在设计过程中，应根据剪切角度的大小，合理布置锚杆的位置和密度。较大的剪切角度可能需要增加锚杆的数量，以确保足够的支撑力和刚度。而较小的剪切角度则可以在一定程度上减少锚杆的使用，降低工程成本。

5.3 结合剪切角度的支护材料选择

不同剪切角度下，支护材料的选择也应进行相应调整。针对较大的剪切角度，需要选用具有较高抗剪强度和韧性的支护材料，以抵抗较大的剪切变形。而在较小的剪切角度下，可以更注重支护材料的抗弯曲性能。根据剪切角度的变化，灵活选择不同性能的支护材料，有助于提高支护系统的适应性和稳定性。

六、结论

通过本文的试验分析，我们得出了在锚杆支护过程中剪切角度对锚杆变形的影响规律。在不同剪切角度下，锚杆的弯曲变形和位移变形呈现不同程度的增加。较小的剪切角度下，锚杆变形较为稳定，但在较大的剪切角度下，锚杆可能出现显著的弯曲和位移变形，甚至引发破坏。剪切角度的选择还直接关联着锚杆的受力特点和破坏模式。尽管本研究深入探讨了剪切角度在锚杆支护中的影响，但仍存在一些待进一步研究的问题。例如，可以考虑不同荷载条件下的剪切角度影响、不同支护材料对剪切角度的响应等。此外，可以结合数值模拟方法，进一步探究剪切角度与支护系统稳定性之间的关系，为更精确的支护设计提供支持。

参考文献：

[1]胡海涛.锚杆支护过程中剪切角度对锚杆变形的影响作用试验分析[J].机械管理开发,2023,38(06):50-51+56.

[2]王澄菡. 剪切作用下新型拉力分散型麻花锚杆变形特性及锚固性能研究[D].东华理工大学,2021.