施跃毅蕾蕾邰海斌
山西大同大学山西大同037000
摘要：锚杆是地下工程中常用的支护材料，但是目前而言能够精确监测锚杆工况的装置并不多，本论文探讨一种全长锚固锚杆的工况监测装置。该装置通过测定锚杆杆体应力状态，根据mises准则，准确判定锚杆工况。
关键词：锚杆工况，监测装置，mises准则
安全监测在岩土工程中占有十分重要的地位。锚杆加固是岩土加固的重要形式，锚杆锚固形式一般分为端头锚固、全长锚固两种形式。针对端头锚固锚杆，其自由段工作阻力相等，用置于锚孔外的盘式锚杆测力计或与锚杆串联的钢筋计即可监测锚杆的工作阻力。但对于全长锚固锚杆，与端锚锚杆不同，杆体各部位应力状态不同，杆体承受拉压弯剪复合作用，材料力学状态更为复杂，锚杆工况判定更加复杂。全长锚杆工况监测装置的研制对于研究全长锚固锚杆机理、校核工程设计、检测施工质量、监测工程安全都有十分重要的意义。
本论文致力于介绍一种新型的全长锚固锚杆工况监测装置。根据锚杆杆体材料力学性质，在锚杆杆体全长均匀布置6组应变花（每组应变花4个应变片），获取锚杆杆体工作状态下各监测点的应变。根据应变及材料性质可计算出锚杆杆体的应力状态，运用Mises准则判定杆体是否将进入屈服状态，判定锚杆承载能力储备情况。根据实测锚杆工况情况，可评估现有隧道、巷道、地下工程等支护的稳定性，也可为支护优化提供依据。
（1）监测装置设计。
以环氧树脂胶结岩石与锚杆杆体环氧树脂厚度3mm。有6组电阻应变花沿同一个圆周等间距（120°）布置在空心圆筒中间部位上，每组应变花为间隔45°的四个应变片所组成。
此锚杆应力计具有安装简单和快速、且测试的可靠性和成功率高的特点。按照过程中，采用粘合剂把应变计和钻孔壁很好的粘合在一起，并且，粘合剂同时注入到小钻孔周围岩石的节理裂隙中，保证锚杆与岩体的整性以及增加防水性能。
（2）应力计测量原理
巷道围岩的应力状态可由直角坐标系中的三个正应力分量和三个切应力分量来表示。由于应力状态的三个正应力分量和三个切应力分量处于相对静止的平衡状态，故很难直接获得。在这里需要利用应力效应对岩体应力状态进行间接测量。即通过给予岩体一定的扰动（即打钻孔），使岩体的应力状态从一种平衡达到另一种平衡的过程中，利用应力效应必定引起应变变化，通过应变传感器将岩体内的应变变化记录下来，并利用岩石自身的应力-应变本构关系，建立起力学计算模型，从而可以得到地应力的三个正应力分量和三个切应力分量，也可求出只有三个主应力情况下的应力大小和方向。为了准确的获得地应力值，需要精确的现场实测数据和准确的力学计算模型。
应力状态的计算
设巷道围岩深部某一点的六个应力分量为，或三个主应力为，与大地坐标系的关系用9个方向余弦确定。
但在现场原岩应力测量中，钻孔角度与大地坐标并不一致，而是存在一定的夹角。设为钻孔的局部坐标系，并在钻孔局部坐标系下进行地应力测量。由此，只要得到了坐标系的所有实测原岩应力分量，包括三个正应力和三个切应力。通过坐标转换关系，可以计算出在坐标系下的应力分量，进而求得原岩应力的主应力大小和方向。
通过地应力测量所得应变数据，计算应力分量的公式如下：
根据监测结果，输入变量获得锚杆应力状态，根据mises准则判定锚杆实测单元体内应力状态。
结语：锚杆杆体一般是一种均质的材料，其力学性质是可以较精确测定的，通过监测锚杆杆体的应变量，可反推出锚杆杆体材料的应力状态，再利用mises准则进行锚杆杆体工况判定，可准确判定锚杆工况。
参考文献：
[1]张鑫.测力锚杆在巷道支护设计中的应用[J].能源技术与管理.2018（02）
[2]李顺群，高凌霞，冯慧强等.一种接触式三维应变花的工作原理及其应用[J].岩土力学.2015（05）