錨桿支護理論
1907年俄國學者普羅托吉雅可諾夫提出普氏冒落拱理論[1-2]，該理論認為：巷道開掘后，已采空間上部巖層將逐步垮落，其上方會形成一個拋物線形的自然平衡拱，下方冒落拱的高度與巖層強度和巷道寬度有關。該理論適用于確定巷道圍巖強度不高、開采深度不是很大的巷道支護反力。20世紀50年代以來，人們開始用彈塑性力學解決巷道支護問題，其中最著名的是Fenner[3]公式和Kastner公式[4]。
Fenner公式為：
?r?Pi??Ccot????0?1?sin???Ccot?????R?N??1（1）
式中，Pi—支護反力；C—圍巖內(nèi)聚力；?—內(nèi)摩擦角；?0—原巖應力；r—巷道半徑；R—塑性圈半徑；N?—塑性系數(shù)，N??
Kastner公式為：
?r?Pi??Ccot???P0?Ccot????1?sin?????R?2sin?1?sin?1?sin?。 1?sin?（2）
式中，Pi—支護反力；C—圍巖內(nèi)聚力；?—內(nèi)摩擦角；P0—初始應力；r—巷道半徑；R—塑性圈半徑。
國內(nèi)外巷道頂板控制理論發(fā)展很快[3-4]，我國在1956年開始使用錨桿支護，迄今為止，已有50多年的歷史。錨桿支護機理研究隨著錨桿支護實踐的不斷發(fā)展，國內(nèi)外已經(jīng)取得大量研究成果[5-10]。
（1）懸吊理論
1952年路易斯阿帕內(nèi)科L(ouis.Apnake)等提出了懸吊理論，懸吊理論認為錨桿支護的作用就是將巷道頂板較軟弱巖層懸吊在上部穩(wěn)固的巖層上，在預加張緊力的作用下，每根錨桿承擔其周圍一定范圍內(nèi)巖體的重量，錨桿的錨固力應大于其所懸吊的巖體的重力。
（2）組合梁理論
組合梁理論認為，端部錨固錨桿提供的軸向力將對巖層離層產(chǎn)生約束，并且
增大了各巖層間摩擦力，與錨桿桿體提供的抗剪力一同阻止巖層間產(chǎn)生相對滑動。
（3）減跨理論
在懸吊作用理論及組合梁作用理論的基礎上，提出了減跨理論，該理論認為:錨桿末端固定在穩(wěn)定巖層內(nèi)，穿過薄層狀頂板，每根錨桿相當于一個鉸支點，將巷道頂板劃分成小跨，從而使頂板撓度降低。
（4）組合拱理論
組合拱理論認為：在沿拱形巷道周邊布置錨桿后，在預緊錨固力的作用下，每根錨桿都有一定的應力作用范圍，只要取合理的錨桿間距，其應力作用范圍會相互重迭，從而形成一連續(xù)的擠壓加固帶—即厚度較大的組合拱，該加固帶的厚度是普通砌暄支護厚度的數(shù)倍。故能更為有效地抵抗圍巖應力，減少圍巖變形。
20世紀60年代，奧地利工程師繆勒等在總結(jié)前人經(jīng)驗的基礎上，提出了一種新的隧道設計施工方法，稱為新奧法(NATM)[11]。它的核心思想是調(diào)動圍巖的承載能力，促使圍巖本身成為支護結(jié)構的重要組成部分，摒棄了過去將巖體作為對支護結(jié)構作用的荷載和采用后襯砌的傳統(tǒng)做法。
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