本發(fā)明涉及一種協(xié)同作用所產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)的探測(cè)方法，特別是一種錨桿協(xié)同作用下錨固體內(nèi)產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)的探測(cè)方法。

背景技術(shù)：

巷道圍巖錨固是一種由錨桿(索)、圍巖、粘結(jié)材料及組合構(gòu)件等共同作用的群體行為表現(xiàn)，該行為具有明顯的自組織特征，符合非線性系統(tǒng)的一般演化規(guī)律，而協(xié)同學(xué)是描述這種行為特征和演化規(guī)律的科學(xué)理論、先進(jìn)方法和有效工具。

目前，有聯(lián)合支護(hù)、復(fù)合支護(hù)等傳統(tǒng)支護(hù)方式，聯(lián)合支護(hù)、復(fù)合支護(hù)等傳統(tǒng)支護(hù)方式中也客觀地存在著“協(xié)同作用”，但是并沒(méi)有系統(tǒng)的獲得有效改善巷道圍巖錨固結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)，減少巷道圍巖的應(yīng)力集中和較大變形，顯著提高巷道圍巖錨固結(jié)構(gòu)的承載能力、抗變形能力和整體穩(wěn)定性的協(xié)同效應(yīng)的探測(cè)方法。因此，研究和揭示錨固巖體內(nèi)所產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性的控制是十分重要而必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是要提供一種錨桿協(xié)同作用下錨固體內(nèi)產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)的探測(cè)方法，解決目前的聯(lián)合支護(hù)、復(fù)合支護(hù)不能揭示錨固巖體內(nèi)所產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)的問(wèn)題。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：該探測(cè)方法：首先選定模型試件材料，制作模型試件，預(yù)埋模型試件，通過(guò)模型試件，在預(yù)緊力錨桿作用下確定錨固體協(xié)同效應(yīng)探測(cè)；采集和記錄各模型試件的應(yīng)變值，探測(cè)出錨固體協(xié)同效應(yīng)的形狀、范圍及演化規(guī)律；確定探測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的處理、計(jì)算和分析，獲得預(yù)緊力與協(xié)同效應(yīng)的相互關(guān)系；通過(guò)協(xié)同效應(yīng)計(jì)算，建立協(xié)同效應(yīng)與巷道圍巖穩(wěn)定性控制之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，獲得和評(píng)價(jià)錨固體協(xié)同效應(yīng)，隨著錨桿預(yù)緊力的增加，協(xié)同效應(yīng)范圍相應(yīng)增加，且在錨桿軸向上的分布范圍更廣，對(duì)錨桿預(yù)緊力變化的反應(yīng)更為敏感，最終實(shí)現(xiàn)錨固系統(tǒng)在宏觀功能上大于各子系統(tǒng)的線性疊加總和，改善巷道圍巖錨固結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)。

具體步驟：

1、選定模型試件材料，制作模型試件，制作完成的模型試件需要放置48小時(shí)以上方可進(jìn)行試驗(yàn)；所述的模型試件包括：測(cè)力錨桿和應(yīng)變磚；

所述的應(yīng)變磚的制作：

(1)選定石英砂作為骨料，石蠟作為膠結(jié)料，砂–蠟配質(zhì)量比為100：12，膠結(jié)體密度為1.59g/cm³，單軸抗壓強(qiáng)度為1.157MPa；

(2)制作模型試件規(guī)格為500mm×500mm×480mm，采用底部加熱式攪拌機(jī)對(duì)石英砂、石蠟進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁叺谷肽０暹呎駬v，并在設(shè)計(jì)好的位置預(yù)埋應(yīng)變磚；

(3)在兩根錨桿連接面上分三層共埋設(shè)有9塊應(yīng)變磚，分別為K₁，K₂，K₃，K₄，K₅，K₆，K₇，K₈，K₉，即為錨固體的9個(gè)測(cè)點(diǎn)；

(4)應(yīng)變磚包括應(yīng)變片、線路板和導(dǎo)線，將應(yīng)變片焊接在線路板上構(gòu)成電回路，采用703密封膠進(jìn)行封裝，自然風(fēng)干，自身有一定的柔性，能夠在模型澆筑振搗密實(shí)過(guò)程中，在保護(hù)應(yīng)變片的同時(shí)，讓?xiě)?yīng)變磚與錨固體的結(jié)合更加密實(shí)，從而降低應(yīng)變磚自身對(duì)模型試驗(yàn)的影響；

所述的測(cè)力錨桿的制作：

(1)根據(jù)試驗(yàn)需要自制測(cè)力錨桿，選用φ8mm–HRB500螺紋鋼進(jìn)行加工，錨桿總長(zhǎng)度為500mm，桿體上粘貼有應(yīng)變片和數(shù)據(jù)線；

(2)在每塊模型試件內(nèi)共鉆裝2根錨桿，分別用G₁，G₂表示；

(3)錨桿端部距離試件底板30mm，錨固長(zhǎng)度150mm，自由段長(zhǎng)度300mm，外露長(zhǎng)度50mm；

(4)選擇可以按刻度進(jìn)行精準(zhǔn)微調(diào)的扭矩板手，能夠?qū)崿F(xiàn)的最小加載級(jí)差為3N·m，其量程為0～300N·m。

2、確定錨固體協(xié)同效應(yīng)的探測(cè)的方法：

(1)經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，確定錨桿預(yù)緊力的加載方法，即以6N·m為級(jí)差，按8、14、20、26、32、38、44、50N·m八個(gè)等級(jí)，依次對(duì)試件的錨桿施加預(yù)緊力扭矩；

(2)采用DH3818靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)記錄采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，扭矩每遞增一個(gè)等級(jí)，均保持3分鐘的間隔進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采樣間隔為1s；

(3)根據(jù)上述加載方法，先對(duì)G₁錨桿進(jìn)行0～50N·m范圍內(nèi)的加載，完成各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集，再隨即對(duì)G₂用同樣方法加載，完成各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集；

(4)為了減小錨桿桿體軸力的測(cè)量差異，統(tǒng)一以實(shí)際施加扭矩來(lái)反映錨桿預(yù)緊力大小，且由同一人按大致相同的力度、間隔時(shí)間等完成加載操作。

3、確定探測(cè)數(shù)據(jù)的處理方法：

(1)去除應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)在平衡階段時(shí)的不穩(wěn)定數(shù)據(jù)，對(duì)于同一應(yīng)變磚所采集的數(shù)據(jù)，去除最大與最小數(shù)據(jù)，并采用平均值來(lái)計(jì)算其應(yīng)變值；

(2)根據(jù)應(yīng)變磚的彈性模量，將不同應(yīng)變磚所產(chǎn)生的應(yīng)變值轉(zhuǎn)換為應(yīng)力值，且以Pa為計(jì)量單位；

(3)根據(jù)不同應(yīng)變磚所監(jiān)測(cè)到的平均數(shù)據(jù)，建立錨固體內(nèi)部應(yīng)力分布關(guān)系，繪制出錨桿預(yù)緊力與應(yīng)力場(chǎng)分布變化的關(guān)系曲線；

(4)在應(yīng)變磚制作及埋設(shè)時(shí)，應(yīng)變片分軸向和切向應(yīng)力分量，其中錨固體中錨桿軸向應(yīng)力與現(xiàn)場(chǎng)錨固巖體的σ₃應(yīng)力相一致，故選取錨桿軸向應(yīng)力分量的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

4、協(xié)同效應(yīng)計(jì)算：

(1)定義協(xié)同指數(shù)，當(dāng)錨桿進(jìn)行群錨時(shí)，所述的群錨即≥2根；相鄰2根錨桿共同作用時(shí)在某點(diǎn)所產(chǎn)生的綜合應(yīng)力減去2根錨桿單獨(dú)作用時(shí)各自在該點(diǎn)所產(chǎn)生的應(yīng)力之和，其差值與某一根錨桿單獨(dú)作用時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力之百分比，即為協(xié)同指數(shù)，可用下式表示：

${\mathrm{\ξ}}_i=\frac{S_i-(S_{i1}+S_{i2}^{\′})}{S_{1i}}\×100\%=\frac{S_i-S_{i1}-S_{i2}^{\′}}{S_{1i}}\×100\%$

式中：ξ_i為錨固體中某一點(diǎn)的協(xié)同指數(shù)(％)，S_i為相鄰2根錨桿共同作用下在i點(diǎn)所產(chǎn)生的綜合應(yīng)力(Pa)；S_i1為先錨固錨桿(G₁)錨桿單獨(dú)作用時(shí)在i點(diǎn)所產(chǎn)生的應(yīng)力(Pa)；S′_i2為后錨固錨桿(G₂)單獨(dú)作用時(shí)在i點(diǎn)所產(chǎn)生的應(yīng)力(Pa)；

(2)協(xié)同指數(shù)的特征為：①當(dāng)ξ_i＞0時(shí)，表明錨固體內(nèi)i點(diǎn)產(chǎn)生協(xié)同正效應(yīng)，且其值愈大，協(xié)同效應(yīng)愈強(qiáng)；②當(dāng)ξ_i＜0時(shí)，表明錨固體內(nèi)i點(diǎn)沒(méi)有產(chǎn)生協(xié)同錨固效應(yīng)或產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)；③當(dāng)ξ_i＝0時(shí)，表明錨固體內(nèi)i點(diǎn)處于協(xié)同錨固效應(yīng)“臨界”狀態(tài)；

(3)協(xié)同指數(shù)的物理意義在于：在2根錨桿共同作用下，錨固體內(nèi)某一測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力增幅值與單根錨桿作用時(shí)在該點(diǎn)所產(chǎn)生的應(yīng)力值的百分比，作為產(chǎn)生協(xié)同錨固效應(yīng)程度大小的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，因此協(xié)同指數(shù)既是協(xié)同錨固效應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，也是協(xié)同錨固作用的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

5、獲得和評(píng)價(jià)錨固體協(xié)同效應(yīng)：

(1)錨桿間距不變時(shí)，在不同錨桿預(yù)緊力作用下，協(xié)同效應(yīng)分布范圍均呈橢圓形，長(zhǎng)軸為軸向方向，短軸為橫向方向，預(yù)緊力越大，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)的區(qū)域越大；

(2)當(dāng)錨桿預(yù)緊力為14N·m、32N·m和50N·m時(shí)，協(xié)同效應(yīng)分布范圍的橫向最大長(zhǎng)度T_x分別為：45.21mm、72.67mm和85.37mm，即隨預(yù)緊力n的增加呈二次函數(shù)上升，兩者之間的關(guān)系為：

T_X＝-0.022n²+2.573n+13.65

(3)當(dāng)錨桿預(yù)緊力為14N·m、32N·m和50N·m時(shí)，協(xié)同效應(yīng)分布范圍的軸向最大長(zhǎng)度T_Y分別為：54.39mm、86.44mm和98.60mm，變化規(guī)律與橫向最大長(zhǎng)度T_X-n一致，且T_Y與預(yù)緊力n之間的關(guān)系為：

T_Y＝-0.0030n²+3.193n+15.70

(4)上述結(jié)果表明，在錨桿預(yù)緊力作用下，錨固體內(nèi)所產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)分布范圍呈現(xiàn)出橢圓形隨著錨桿預(yù)緊力的增加，協(xié)同效應(yīng)范圍相應(yīng)增加，且在錨桿軸向上的分布范圍更廣，對(duì)錨桿預(yù)緊力變化的反應(yīng)更為敏感；

(5)預(yù)緊力從14～50N·m，協(xié)同效應(yīng)分布范圍逐漸增加，但后期增加幅度降低，表明兩者之間不存在無(wú)限增大的正比關(guān)系。

本發(fā)明中，橫向指的是沿兩根錨桿鉆孔連線之間的方向，即X軸方向；軸向指的是沿錨桿鉆孔軸線的方向，即Y軸方向，垂向指的是沿垂直于兩根錨桿鉆孔連接面的方向。

有益效果，由于采用了上述方案，本發(fā)明的協(xié)同錨固機(jī)理既強(qiáng)調(diào)子系統(tǒng)之間在宏觀上的協(xié)調(diào)與合作，也強(qiáng)調(diào)子系統(tǒng)內(nèi)部因素在微觀上的協(xié)調(diào)與優(yōu)化，更加符合巷道圍巖穩(wěn)定性控制的本質(zhì)要求。

(1)通過(guò)模型試驗(yàn)，證明了協(xié)同錨固效應(yīng)在錨固體中的客觀存在，可以通過(guò)優(yōu)化錨固變量參數(shù)來(lái)擴(kuò)大協(xié)同錨固效應(yīng)范圍，改善錨固體應(yīng)力狀態(tài)，提高錨固體強(qiáng)度、剛度、承載能力和抗變形能力。

(2)提出協(xié)同指數(shù)的概念和計(jì)算公式(式(1))，并以此作為協(xié)同效應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。由式(1)可知：

${\mathrm{\ξ}}_i=\frac{S_i-(S_{i1}+S_{i2}^{\′})}{S_{1i}}\×100\%=\frac{S_i-S_{i1}-S_{i2}^{\′}}{S_{1i}}\×100\%$

當(dāng)ξ_i＞0時(shí)，表明錨固體內(nèi)i點(diǎn)產(chǎn)生協(xié)同正效應(yīng)，且其值愈大，協(xié)同效應(yīng)愈強(qiáng)；當(dāng)ξ_i＜0時(shí)，表明錨固體內(nèi)i點(diǎn)沒(méi)有協(xié)同效應(yīng)或產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)；當(dāng)ξ_i＝0時(shí)，表明錨固體內(nèi)i點(diǎn)處于協(xié)同效應(yīng)“臨界”狀態(tài)。

(3)在錨桿預(yù)緊力作用下，錨固體協(xié)同效應(yīng)范圍呈橢圓球形。在一定范圍之內(nèi)，隨著錨桿預(yù)緊力的增加，所產(chǎn)生的協(xié)同錨固效應(yīng)范圍逐漸增加，并在錨桿軸向上的分布范圍更廣。

通過(guò)一組模型試件，在預(yù)緊力錨桿作用下，探測(cè)出錨固體協(xié)同效應(yīng)的形狀、范圍及演化規(guī)律，并建立協(xié)同效應(yīng)與巷道圍巖穩(wěn)定性控制之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，最終實(shí)現(xiàn)錨固系統(tǒng)在宏觀功能上大于各子系統(tǒng)的線性疊加總和，從而有效改善巷道圍巖錨固結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)，減少巷道圍巖的應(yīng)力集中和較大變形，顯著提高巷道圍巖錨固結(jié)構(gòu)的承載能力、抗變形能力和整體穩(wěn)定性。解決了目前的聯(lián)合支護(hù)、復(fù)合支護(hù)不能揭示錨固巖體內(nèi)所產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)的問(wèn)題，達(dá)到了本發(fā)明的目的。

優(yōu)點(diǎn)：(1)本發(fā)明結(jié)果表明，在協(xié)同作用下錨固體內(nèi)能夠產(chǎn)生“1+1＞2”的協(xié)同效應(yīng)，即協(xié)同錨固系統(tǒng)功能在宏觀整體上大于各子系統(tǒng)之簡(jiǎn)單總和，能夠顯著提高巷道圍巖錨固結(jié)構(gòu)的承載能力、抗變形能力和整體穩(wěn)定性；(2)傳統(tǒng)支護(hù)方式相比，協(xié)同錨固既強(qiáng)調(diào)子系統(tǒng)之間在宏觀上的協(xié)調(diào)與合作，也強(qiáng)調(diào)子系統(tǒng)內(nèi)部因素在微觀上的協(xié)調(diào)與優(yōu)化，更加符合巷道圍巖穩(wěn)定性控制的本質(zhì)要求；(3)本發(fā)明首次提出錨固體協(xié)同效應(yīng)的探測(cè)方法，建立協(xié)同效應(yīng)的計(jì)算公式，獲得錨固體協(xié)同效應(yīng)的分布形狀、范圍及其發(fā)展演化規(guī)律；(4)本發(fā)明探測(cè)到了“1+1＞2”協(xié)同效應(yīng)在錨固體中的客觀存在，結(jié)果表明，通過(guò)優(yōu)化錨固變量參數(shù)來(lái)擴(kuò)大協(xié)同錨固效應(yīng)范圍，可明顯改善錨固體應(yīng)力狀態(tài)，提高錨固體強(qiáng)度、剛度、承載能力和抗變形能力，進(jìn)一步充實(shí)和豐富了錨桿(索)錨固作用機(jī)理的研究和揭示。

附圖說(shuō)明：

圖1(a)是本發(fā)明的探測(cè)裝置平面結(jié)構(gòu)圖。

圖1(b)是本發(fā)明的探測(cè)裝置正面結(jié)構(gòu)圖。

圖1(c)是本發(fā)明的探測(cè)裝置透視結(jié)構(gòu)圖。

圖1(d)是本發(fā)明的探測(cè)裝置實(shí)物結(jié)構(gòu)圖。

圖2(a)是本發(fā)明模型試件的應(yīng)變磚制作圖。

圖2(b)是本發(fā)明模型試件的應(yīng)變磚封膠后的圖。

圖2(c)是本發(fā)明模型試件的測(cè)力錨桿樣品圖。

圖3是本發(fā)明的協(xié)同效應(yīng)分布形狀及范圍。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：該探測(cè)方法：首先選定模型試件材料，制作模型試件，預(yù)埋模型試件，通過(guò)模型試件，在預(yù)緊力錨桿作用下確定錨固體協(xié)同效應(yīng)探測(cè)；采集和記錄各模型試件的應(yīng)變值，探測(cè)出錨固體協(xié)同效應(yīng)的形狀、范圍及演化規(guī)律；確定探測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的處理、計(jì)算和分析，獲得預(yù)緊力與協(xié)同效應(yīng)的相互關(guān)系；通過(guò)協(xié)同效應(yīng)計(jì)算，建立協(xié)同效應(yīng)與巷道圍巖穩(wěn)定性控制之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，獲得和評(píng)價(jià)錨固體協(xié)同效應(yīng)，在一定范圍之內(nèi)，隨著錨桿預(yù)緊力的增加，協(xié)同效應(yīng)范圍相應(yīng)增加，且在錨桿軸向上的分布范圍更廣，對(duì)錨桿預(yù)緊力變化的反應(yīng)更為敏感，最終實(shí)現(xiàn)錨固系統(tǒng)在宏觀功能上大于各子系統(tǒng)的線性疊加總和，改善巷道圍巖錨固結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)。

具體步驟：

1、選定模型試件材料，制作模型試件，試件需要放置48小時(shí)以上方可進(jìn)行試驗(yàn)；所述的模型試件包括：測(cè)力錨桿和應(yīng)變磚；

所述的應(yīng)變磚的制作：

(1)經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，選定石英砂作為骨料，石蠟作為膠結(jié)料，砂–蠟配質(zhì)量比為100：12，膠結(jié)體密度為1.59g/cm³，單軸抗壓強(qiáng)度為1.157MPa；

(2)制作模型試件規(guī)格為500mm×500mm×480mm，采用底部加熱式攪拌機(jī)對(duì)石英砂、石蠟進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，邊倒入模板邊振搗，并在設(shè)計(jì)好的位置預(yù)埋應(yīng)變磚；

(3)在兩根錨桿連接面上分三層共埋設(shè)有9塊應(yīng)變磚，分別為K₁，K₂，K₃，K₄，K₅，K₆，K₇，K₈，K₉，即為錨固體的9個(gè)測(cè)點(diǎn)，如圖1示；

(4)應(yīng)變磚包括應(yīng)變片、線路板和導(dǎo)線，將應(yīng)變片焊接在線路板上構(gòu)成電回路，采用703密封膠進(jìn)行封裝，自然風(fēng)干，自身有一定的柔性，能夠在模型澆筑振搗密實(shí)過(guò)程中，在保護(hù)應(yīng)變片的同時(shí)，讓?xiě)?yīng)變磚與錨固體的結(jié)合更加密實(shí)，從而降低應(yīng)變磚自身對(duì)模型試驗(yàn)的影響，如圖2示；

所述的測(cè)力錨桿的制作：

(1)根據(jù)試驗(yàn)需要自制測(cè)力錨桿，選用φ8mm–HRB500螺紋鋼進(jìn)行加工，錨桿總長(zhǎng)度為500mm，桿體上粘貼有應(yīng)變片和數(shù)據(jù)線；

(2)在每塊模型試件內(nèi)共鉆裝2根錨桿，分別用G₁，G₂表示，如圖2示；

(3)錨桿端部距離試件底板30mm，錨固長(zhǎng)度150mm，自由段長(zhǎng)度300mm，外露長(zhǎng)度50mm，如圖2示；

(4)選擇可以按刻度進(jìn)行精準(zhǔn)微調(diào)的扭矩板手，能夠?qū)崿F(xiàn)的最小加載級(jí)差為3N·m，其量程為0～300N·m。

2、確定錨固體協(xié)同效應(yīng)的探測(cè)的方法：

(1)經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，確定錨桿預(yù)緊力的加載方法，即以6N·m為級(jí)差，按8、14、20、26、32、38、44、50N·m八個(gè)等級(jí)，依次對(duì)試件的錨桿施加預(yù)緊力扭矩；

(2)采用DH3818靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)記錄采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，扭矩每遞增一個(gè)等級(jí)，均保持3分鐘的間隔進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采樣間隔為1s；

(3)根據(jù)上述加載方法，先對(duì)G₁錨桿進(jìn)行0～50N·m范圍內(nèi)的加載，完成各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集，再隨即對(duì)G₂用同樣方法加載，完成各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集；

(4)為了減小錨桿桿體軸力的測(cè)量差異，統(tǒng)一以實(shí)際施加扭矩來(lái)反映錨桿預(yù)緊力大小，且由同一人按大致相同的力度、間隔時(shí)間等完成加載操作。

3、確定探測(cè)數(shù)據(jù)的處理方法：

(1)去除應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)在平衡階段時(shí)的不穩(wěn)定數(shù)據(jù)，對(duì)于同一應(yīng)變磚所采集的數(shù)據(jù)，去除最大與最小數(shù)據(jù)，并采用平均值來(lái)計(jì)算其應(yīng)變值；

(2)根據(jù)應(yīng)變磚的彈性模量，將不同應(yīng)變磚所產(chǎn)生的應(yīng)變值轉(zhuǎn)換為應(yīng)力值，且以Pa為計(jì)量單位；

(3)根據(jù)不同應(yīng)變磚所監(jiān)測(cè)到的平均數(shù)據(jù)，建立錨固體內(nèi)部應(yīng)力分布關(guān)系，繪制出錨桿預(yù)緊力與應(yīng)力場(chǎng)分布變化的關(guān)系曲線；

(4)在應(yīng)變磚制作及埋設(shè)時(shí)，應(yīng)變片分軸向和切向應(yīng)力分量，其中錨固體中錨桿軸向應(yīng)力與現(xiàn)場(chǎng)錨固巖體的σ₃應(yīng)力相一致，故選取錨桿軸向應(yīng)力分量的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；

4、協(xié)同效應(yīng)計(jì)算：

(1)定義協(xié)同指數(shù)，當(dāng)錨桿進(jìn)行群錨時(shí)，所述的群錨即≥2根；相鄰2根錨桿共同作用時(shí)在某點(diǎn)所產(chǎn)生的綜合應(yīng)力減去2根錨桿單獨(dú)作用時(shí)各自在該點(diǎn)所產(chǎn)生的應(yīng)力之和，其差值與某一根錨桿單獨(dú)作用時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力之百分比，即為協(xié)同指數(shù)，可用下式表示：

${\mathrm{\ξ}}_i=\frac{S_i-(S_{i1}+S_{i2}^{\′})}{S_{1i}}\×100\%=\frac{S_i-S_{i1}-S_{i2}^{\′}}{S_{1i}}\×100\%$

式中：ξ_i為錨固體中某一點(diǎn)的協(xié)同指數(shù)(％)，S_i為相鄰2根錨桿共同作用下在i點(diǎn)所產(chǎn)生的綜合應(yīng)力(Pa)；S_i1為先錨固錨桿(G₁)錨桿單獨(dú)作用時(shí)在i點(diǎn)所產(chǎn)生的應(yīng)力(Pa)；S′_i2為后錨固錨桿(G₂)單獨(dú)作用時(shí)在i點(diǎn)所產(chǎn)生的應(yīng)力(Pa)；

(2)協(xié)同指數(shù)的特征為：①當(dāng)ξ_i＞0時(shí)，表明錨固體內(nèi)i點(diǎn)產(chǎn)生協(xié)同正效應(yīng)，且其值愈大，協(xié)同效應(yīng)愈強(qiáng)；②當(dāng)ξ_i＜0時(shí)，表明錨固體內(nèi)i點(diǎn)沒(méi)有產(chǎn)生協(xié)同錨固效應(yīng)或產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)；③當(dāng)ξ_i＝0時(shí)，表明錨固體內(nèi)i點(diǎn)處于協(xié)同錨固效應(yīng)“臨界”狀態(tài)；

(3)協(xié)同指數(shù)的物理意義在于：在2根錨桿共同作用下，錨固體內(nèi)某一測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力增幅值與單根錨桿作用時(shí)在該點(diǎn)所產(chǎn)生的應(yīng)力值的百分比，作為產(chǎn)生協(xié)同錨固效應(yīng)程度大小的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，因此協(xié)同指數(shù)既是協(xié)同錨固效應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，也是協(xié)同錨固作用的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

5、獲得和評(píng)價(jià)錨固體協(xié)同效應(yīng)：

(1)錨桿間距不變時(shí)，在不同錨桿預(yù)緊力作用下，協(xié)同效應(yīng)分布范圍均呈橢圓形，長(zhǎng)軸為軸向方向(Q₁-Q₂)，短軸為橫向方向(P₁-P₂)，預(yù)緊力越大，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)的區(qū)域越大，如圖3示；

(2)當(dāng)錨桿預(yù)緊力為14N·m、32N·m和50N·m時(shí)，協(xié)同效應(yīng)分布范圍的橫向最大長(zhǎng)度T_x分別為：45.21mm、72.67mm和85.37mm，即隨預(yù)緊力n的增加呈二次函數(shù)上升，兩者之間的關(guān)系為：

T_X＝-0.022n²+2.573n+13.65

(3)當(dāng)錨桿預(yù)緊力為14N·m、32N·m和50N·m時(shí)，協(xié)同效應(yīng)分布范圍的軸向最大長(zhǎng)度T_Y分別為：54.39mm、86.44mm和98.60mm，變化規(guī)律與橫向最大長(zhǎng)度T_X-n一致，且T_Y與預(yù)緊力n之間的關(guān)系為：

T_Y＝-0.0030n²+3.193n+15.70

(4)上述結(jié)果表明，在錨桿預(yù)緊力作用下，錨固體內(nèi)所產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)分布范圍呈現(xiàn)出橢圓形，在一定范圍之內(nèi)，隨著錨桿預(yù)緊力的增加，協(xié)同效應(yīng)范圍相應(yīng)增加，且在錨桿軸向上的分布范圍更廣，對(duì)錨桿預(yù)緊力變化的反應(yīng)更為敏感；

(5)預(yù)緊力從14～50N·m，協(xié)同效應(yīng)分布范圍逐漸增加，但后期增加幅度降低，表明兩者之間不存在無(wú)限增大的正比關(guān)系。

本發(fā)明中，橫向指的是沿兩根錨桿鉆孔連線之間的方向，如圖中的X軸方向；軸向指的是沿錨桿鉆孔軸線的方向，如圖中的Y軸方向，垂向指的是沿垂直于兩根錨桿鉆孔連接面的方向。