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为一个锥形螺栓发展动态模型

摘要

为了能够在地下发掘时，确保安全，能够抵御岩爆产生的动态负载这一点是很重要的，例如，

使用的支持系统。在本文中，为一个锥形螺栓的动态仿真模型实验研究的基础上提出的。树

脂基锥螺栓进行落锤试验。这些实验表明，螺栓有两个能量吸收机制：在树脂和塑料的变形

滑动。为了模拟这种行为，提出了两个度的自由度集中质量模型。实验发现，滑动和塑性变

形的比例显着变化从一个到另一个测试。为了解释这种变异，提出了两种方法来确定树脂螺

栓滑动参数值，而一个充满活力的力量延伸模型被用来模拟塑性变形。以模拟实验数据的比

较结果证明，该模型的构成要素是适当的模拟锥形螺栓的动态响应。

如今，地下挖掘深为5000米。在这样的水平，可以高度强调岩体造成岩爆的频率和严重性

增加。在岩爆的中度至主要的严重性，抛出的岩体可达到速度3至10米/小号从10至501cJ/mz

的水平相应的能量变化[1]。由于这些现象的动态性，为了正确设计支持系统，知道岩石加

固元素的动态行为是很重要的。为了研究该课题，麦吉尔大学的机械和采矿工程部门与

CANMET采矿和矿物科学实验室（MMSL）在渥太华进行合作。通过这种合作进行工作，

到目前为止，已经有三个主要目标：通过CANMET-MMSL提供的检测仪器验证，确定测试

参数对锥形螺栓的响应和性能的影响，并开发了一个模型来模拟锥形螺栓的动态行为。前两

个目标的已经在[2、3]中报道，而这篇文章的重点，是第三个目标，即锥形螺栓的动态

行为建模。

在这一为了支持岩石的各元素的文献中，动态模型可分为两大类：集中质量模

型和动态变形模型。Thompson等人。[4]采用集中质量模型来模拟动量转移的原则为基

础的动态测试[5]。利用这个原理，锚杆进行测试，同时装载质量下降。当自由落体的元素

已达到所需的速度，锚定螺栓迅速停止和装载质量的惯性动态加载测试的强化元素。在他们

的模型，装载质量，锚杆安装的其他组件进行离散准时群众串联弹簧和减震器。然而，使用

的弹簧和阻尼器连接每个元素可能不是最合适的选择模型，每个互动，特别是通过树脂锚杆

春耕。一个集中质量模型也被用来由Tannant等。[6]模拟锚杆机械锚固过程中原位测试测

量轴向应变响应。动态负荷生产炸药，但其幅度始终低于钢材的屈服极限。

另一方面，动态变形模型是基于理论的应变（或应力）在固体中的波[7,8]。Yi和Kaiser[9,10]

上夹紧钢线材，来模拟机械锚杆进行落锤试验。螺栓装弹性或塑性取决于使用的降体重。然

而，模型模拟弹性波的传播[11]。模拟应变波的持续时间和幅度，被发现与实验数据吻合良

好。

为了研究当地的应变分布沿螺栓，Ansell[12-14]使用播放器等的动量传递原理类似的方

法进行动态测试[5]。然而，使用装载质量更轻，冲击速度更快。来模拟观测到的应变分布，

安塞尔使用两种不同的技术应变波理论的基础上：graphodynamical菲舍尔提出的方法

[15-18]和数值的计划，戈东诺夫的方法，在[19]详细说明。由这两种方法得到的结果是令人

满意的，但他们依靠一个重要的假设：螺栓被认为是无限长，这意味着没有反映在另一端的

应变波。这个假设是塑料波前的时间，需要前往螺栓的长度是相同的顺序为有效由安塞尔执

行的测试，因为影响工期。然而，这个假设是不是在任何情况下有效。此外，动态变形模型

不允许锚杆在模拟过程中滑动。当试图模拟动态行为的锥形螺栓，螺栓在泥浆中滑动时摩擦

消散，因为相当数量的能源，这是一个重要的制约因素[20]。

在本文中，集中质量模型来模拟基于树脂的锥形螺栓的动态行为。这集中质量模型的优势，

相比其他的，是它的简单，特别是利用干摩擦，更准确地模拟螺栓滑动树脂。相反，上面介

绍的某些型号，这里提出的制定有效的弹性和塑性变形。

2.实验

CANMET-MMSL提供的测试仪器，如图1所示。落锤，用于动态加载螺栓，使用未在图

1中画出的遥控磁铁来被取消和下降。要测试的螺栓放入一个可以很容易地通过一根针连接

结构的其余部分的样品管。反复地对每个样品进行实验，但总是从相同的高度，并使用相同

的质量。

装备精良的安装在任何时间来衡量有关displacemenu和力量在影响。displacemenu，有

导线电位器连接到下拉的重量来衡量其立场和两个数字线的相机，记录四肢螺栓