拉力分散型锚杆支护剪应力分布特征对比研究

doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S2.0035

中国安全科学学报 ›› 2025, Vol. 35 ›› Issue (S2): 103-109.doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S2.0035

拉力分散型锚杆支护剪应力分布特征对比研究

孙伟¹(), 孟姝池¹, 丁永红²^,^**(), 史安忠³

¹ 河南理工大学能源科学与工程学院, 河南焦作 454003
² 山西潞安环保能源开发股份有限公司常村煤矿, 山西长治 046026
³ 山西潞安环保能源开发股份有限公司漳村煤矿, 山西长治 046031

收稿日期:2025-07-12 出版日期:2026-02-04
通信作者:
**丁永红(1975—),男,山西垣曲人,硕士,高级工程师,主要从事矿山安全方面的工作。E-mail:327829045@qq.com。
作者简介:
孙伟 (1987— ),男,河南商丘人,博士,讲师,主要从事矿山安全技术、岩体力学等方面的研究。E-mail:sunwei@hpu.edu.cn。
丁永红高级工程师
史安忠高级工程师
基金资助:
潞安化工集团科技项目(025AHB040116Q); 中国博士后科学基金资助(2024T170239)

Comparative study on shear stress distribution characteristics of tension-dispersed anchors in rock support

SUN Wei¹(), MENG Shuchi¹, DING Yonghong²^,^**(), SHI Anzhong³

¹ School of Energy Science and Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo Henan 454003, China
² Changcun Coal Mine, Shanxi Lu'an Environmental Energy Development Co., Ltd., Changzhi Shanxi 046026, China
³ Zhangcun Coal Mine, Shanxi Lu'an Environmental Energy Development Co., Ltd., Changzhi Shanxi 046031, China

Received:2025-07-12 Published:2026-02-04

摘要/Abstract

摘要：

为揭示拉力分散型锚杆锚固单元界面剪应力分布特性,采用Kelvin位移解法与三维显式有限差分方法,研究拉力分散型锚杆支护剪应力分布。通过建立单孔3锚固单元拉力分散型锚杆数值模型,分析不同荷载作用下剪应力叠加效应的分布模式,并通过理论值与模拟值验证结果可靠性。结果表明:在张拉荷载作用下,拉力分散型锚杆锚固单元界面呈现出“高山夹峡谷”状的分段剪应力形态,剪应力理论值与模拟值的分布趋势一致;锚杆单元的剪应力集中叠加后,轴向差异性分布特征显著,其分布形态与锚杆单元布置方式和岩体参数有关;锚固单元预应力的大小、围岩与锚固体弹性模量比值、锚固单元长度对最大剪应力及其位置影响显著。

关键词: 预应力, 锚固单元, 拉力分散型, 数值模拟, 剪应力分布

Abstract:

To reveal the distribution characteristics of interfacial shear stress in the anchor units of tension-dispersed anchors, the Kelvin displacement solution and the three-dimensional explicit finite difference method were employed to investigate the shear stress distribution in tension-dispersed anchor support. A numerical model of a single-borehole tension-dispersed anchor with three anchor units was established to analyze the distribution patterns of shear stress superposition effects under different load conditions. The reliability of the results was verified through elastic and numerical solutions. The results indicate that under tensile load, the interfacial shear stress of the anchor units in a tension-dispersed anchor exhibits a segmented pattern resembling ″high peaks flanking valleys,″ with consistent trends between the elastic and numerical solutions; after the superposition of shear stress concentrations in the anchor units, the axial distribution shows significant heterogeneity, influenced by the arrangement of the anchor units and the rock mass parameters; the magnitude of prestress in the anchor units, the ratio of elastic moduli between the surrounding rock and the anchor, and the length of the anchor units significantly affect the peak shear stress and its location.

Key words: pre-stress, anchor unit, tension-dispersed type, numerical simulation, shear stress distribution

中图分类号:

X936

孙伟, 孟姝池, 丁永红, 史安忠. 拉力分散型锚杆支护剪应力分布特征对比研究[J]. 中国安全科学学报, 2025, 35(S2): 103-109.

SUN Wei, MENG Shuchi, DING Yonghong, SHI Anzhong. Comparative study on shear stress distribution characteristics of tension-dispersed anchors in rock support[J]. China Safety Science Journal, 2025, 35(S2): 103-109.

图/表 15

图1

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表1

表2

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参考文献 12

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模拟值	τ_max1/MPa	0.16	0.20	0.24
模拟值	z/m	2.25	3.75	5.25
理论值	τ_max2/MPa	0.16	0.23	0.26
理论值	z'/m	2.50	4.00	5.50

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拉力分散型锚杆支护剪应力分布特征对比研究

Comparative study on shear stress distribution characteristics of tension-dispersed anchors in rock support

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