摘要： 在国内外深部资源开发过程中,复杂工程地质条件和腐蚀环境导致的锚索应力腐蚀开裂已成为威胁矿山安全与正常生产的关键技术难题。尽管当前针对锚固材料应力腐蚀的研究取得一定成果,但深部腐蚀环境下巷道锚固结构失稳破坏问题仍未从根源上解决。为深入探究深部腐蚀环境中锚索应力腐蚀开裂的损伤失效现象,创新性地设计并构建全尺寸锚索拉伸实验装置,该装置运用周期性增加应变法,通过“腐蚀细胞”模式模拟锚固材料使用环境,开展全尺寸锚索试样的应力腐蚀开裂实验,测试并探讨不同种类锚索(包括锚索钢绞线数量、缠绕方式及表面粗糙程度)对应力腐蚀开裂的敏感度,同时通过检测锚索断裂的微观特征及裂隙传播方式,研究应力腐蚀开裂过程(裂纹萌生、扩展和最终断裂)的失效机制。研究结果表明:锚索钢绞线表面粗糙程度一致时,所含钢绞线数量越多,对应力腐蚀开裂的敏感度越低;钢绞线数量相同时,表面越粗糙,对应力腐蚀开裂的敏感度越高;表面为锯齿状的锚索虽能提升与水泥浆的黏结强度、增强荷载传递能力,但锯齿状外观致使钢丝横截面减小及高应力集中,反而增加应力腐蚀失效率。设计构建的全尺寸锚索拉伸实验装置及周期性增加应变实验方法,不仅可用于本研究模拟实验,还能广泛应用于其他工程领域锚固材料应力腐蚀开裂的实验室研究,实验结果可为不同地质与环境条件下锚索的设计选用、加固及使用维护提供坚实的理论基础与技术支撑,有助于提升矿山安全与生产效率。

关键词: 岩层控制, 锚索, 局部腐蚀, 应力腐蚀开裂

中图分类号: 

• TD 823