0 引 言

随着开采深度增加和开采强度加大[1]，煤矿巷道冲击地压事故逐年增多[2]，导致巷道围岩冒落、支护结构失稳，乃至大范围闭合等[3]。在冲击地压条件下，锚杆(索)仍是基本的支护形式，因此，研究冲击动载作用下锚固体响应规律具有重要的理论意义和工程价值。

回采巷道动态数值模拟表明：端锚(加长锚)比全长锚固效果好[4]。尤春安[5]研究了静态作用下锚固体界面剪应力分布规律及影响因素，提出了提高锚固力的措施。王光勇等[6]采用数值模拟方法研究了爆炸动载下不同位置锚杆的受力特征：迎爆侧受到应力波的作用明显大于背爆侧，迎爆侧侧墙锚杆既受压又受拉，反映了锚杆受力的宏观特征。拉拔速率对锚固体强度的影响可分为弱、中等和强等影响区，其中强影响区对锚固体轴应力和剪切力有重要影响，易造成锚固上段应力集中，以至破坏[7]。王正义等[8]研究了动静组合条件下锚杆支护巷道围岩的力学响应，认为迎波侧是重点支护部位，动载作用下锚杆主要受力为拉应力。张哲诚等[9]认为横向简谐振动对锚杆黏结性有削弱作用，40 Hz振动对锚固力削弱最为严重，养护龄期越短，受振动的影响越大。屈服锚杆通过机构的“犁”及“滑动”效应或锚杆的延伸机制吸收冲击能量[10-11]，如YIELD-LOK锚杆、D型锚杆和Garford锚杆。何满潮等[12-14]研发了负泊松比材料的恒阻大变形锚固系统，在软岩巷道、边坡治理、冲击地压、岩爆等方面获得了成功应用。

上述文献研究了动态拉拔下锚固岩体的宏观力学响应及应对措施，而对锚杆受力及锚固体的力学响应涉及较少。基于此，在静态拉拔试验装置的基础上[5]，本文设计了锚固体动态拉拔试验装置，研究不同拉拔速率作用下锚固体的响应机制及锚杆受力特征。

1 试验装置和试验过程

采用C40混凝土作为锚固基体，模拟Ⅰ类岩体，预制过程：(1)模具准备。用3片圆弧钢板拼接成圆筒(高250 mm，壁厚3 mm，内径220 mm)，然后固定在带中孔(直径31 mm)的底座上(厚度30 mm)；(2)浇筑混凝土。将带锥度的圆杆(上端直径32 mm，下端31 mm，用保鲜膜包裹，以便拔出造孔)固定在底座上，用钢箍将圆筒上端箍紧，将其置于振动台上，然后将混凝土分3次倒入模具中，振动排出气泡；(3)脱模及保养。浇筑完毕后静置2 h，待混凝土初凝，即可拔出圆杆，养护至28 d后即可进行试验(平均单轴抗压强度达到48.2 MPa)。

但对于宽带接收机有一种特殊的情况是，二镜频或者三镜频来自正常接收的射频fr与本振fl产生的镜频fm，这种情况下前端预选滤波器、低噪声放大器、镜频抑制滤波器、混频器就起不到对其抑制的作用。下面以本文二次混频高本振链路来分析这种镜频产生的激励以及解决措施。

(1)随着拉拔速率的增加，峰值拉拔载荷及所对应的位移逐渐增加；拉拔速率越大，峰后残余强度也越高；低能量冲击事件能够较大幅度提升锚固系统的承载能力，但冲击能量超过某一个阈值后，动载对提高锚固系统抗冲击能力有所降低。

 

数据监测：采用XL2101C程控静态电阻应变仪监测拉拔过程中的锚杆轴力，采样频率2 Hz；采用1/4桥应变片测量锚杆受力，同时采用测力锚杆对其进行温度补偿。采用DS5全信息声发射信号分析仪监测拉拔过程中声发射能量、频谱特征和破裂点位置，采样频率3 MHz，前置放大器增益40 dB，门槛值50 mV。选择PAC公司生产的Nano-30AE传感器，监测频率0～1 000 kHz；在距基体两端面20 mm处各布置4个传感器，中心夹角90°，均匀布置，采用硅脂作为耦合剂，用绝缘胶带固定。万能试验机记录拉拔过程中的力和位移。应变仪、声发射与试验机软件系统时间调为一致。锚固体拉拔场景如图1(c)所示。

15个试样在拉拔峰值阶段所对应的位移、时间、拉拔如表1所示，部分全程曲线如图3所示。拉拔初期各试样曲线平稳增长，曲线比较光滑；接近峰值时，加载速率越高，曲线越粗糙，原因是钻孔孔壁凹凸不平，锚固剂被剪断，表现为曲线的台阶状起伏，如C组，D组，E组各试件；D组，E组到达峰值后急剧下降，残余强度阶段则没有明显的切断，只是随着锚杆拉出长度的增加而呈线性降低；A组部分试件、C组、B组峰后曲线则相对较缓，残余强度阶段比较粗糙。从以上分析可看出，增大钻孔孔壁的粗糙程度能够增加静载或低拉拔速率条件下锚杆(索)的残余锚固力，而对高拉拔速率，则对其影响不大。整体来讲，随着拉拔速率增加，拉拔速率越高，峰后残余强度越高。

 

2 结果与分析

2.1 匀加速拉拔作用下锚杆拉拔峰值强度及位移特征

试验方案：5，20，40，80，120 kN/min共5种匀速加载模式。试验路径：0～1 min，按匀速加载至 100 N，然后按设定加载速率进行拉拔，典型的加载路径如图2所示。

该设计选用STM32F103RCT6作为控制核心，需要调用几个片内外设，Nokia5110显示器需要一组连续的普通GPIO口资源，驱动定时器需要定时器的PWM输出，还需要一个串口USART用来调试。外部晶振采用了8MHz的无源晶振，另外还增加了22pF的补偿电容，作为系统时钟源。STM32F103RCT6的引脚数目能够满足要求。

在思想政治教育的实践中，我们虽然取得了一定成果，但是由于缺乏学科教师的参与以及课堂教学中对思想政治教育工作的不重视和缺乏，严重削弱了思想政治教育的效果。因此目前依然存在协同育人机制尚未健全、协同育人效果尚不明显、协同育人水平有待提高的现状。为此，通过和专业学科的结合，运用协同创新理论进行大学生思想政治教育，构建思想政治教育协同创新育人机制，对于解决大学生思想政治教育的突出问题，全面提高大学生思想政治教育质量具有重要的现实意义。

 

表1 试样峰值拉拔所对应的时间和位移

 

Tab.1 Times and displacements of specimens on peak loading points

  

序号试样编号位移/mm拉拔力/kN时间/s1A22.7921.49259.522A32.9022.00250.003A42.8820.54247.174B13.6023.8070.005B23.6025.0087.646B33.5223.9068.277C14.2032.4749.278C24.4031.2647.139C34.0833.5054.1310D16.2046.3734.9311D26.0448.0028.5312D36.4045.6734.4613E17.3046.1722.9314E27.5649.0025.0015E37.4045.6122.61

 

(2)宏观破坏特征。基体上端在拉拔过程中会把孔口表面混凝土带出，其余部分没有出现明显的裂纹、裂缝等破坏情况。锚固界面：胶-锚杆界面(第一界面)没有发生破坏；胶-孔壁(第二界面)可见明显的擦痕和剪断的痕迹，这也是峰后流动阶段声发射的根源；基体中潜在的第三界面，只是由于胶的黏结作用，形成锥形的喇叭口。锚杆拔出之后，可以看到新鲜的胶水界面，原因是聚丙烯树脂胶水有轻微的收缩性，对锚固质量有一定的影响。因此，对锚杆(索)支护巷道，可采用膨胀锚固剂增加其密实度，采用变径钻头对孔壁进行刻画，以增加其粗糙度，都可以提高动态拉拔下的锚固效果。

2.2 不同拉拔速率作用下锚杆轴力响应特征

从图6可以看出，拉拔时，声发射次数和能量在接近峰值时开始急剧增加；由于锚固剂和孔壁之间的剪切破坏及摩擦效应，峰后的振铃次数和声发射能量比峰前密集且高。随着拉拔速率的增大，接近峰值时，振铃次数和能量事件的量值开始增大，对不同拉拔速率下各试件最大振铃次数和能量为A3(250次，850 mV/ms)→B2(293次，1 438 mV/ms)→C3(375次，3 703 mV/ms)→D2(1 535次，4 080 mV/ms)→E3(12 873次，18 886 mV/ms)，但上述高振铃次数及高能量事件较少，仅仅在峰值附近出现，峰值后流动阶段各试件声发射现象基本一致，没有大的差别。

2.3 不同拉拔速率作用下锚固基体破坏特征

(1)声发射特征。采用声发射系统对拉拔过程中的破裂现象进行监测，结果见图6。锚固基体上下各布置4个声发射探头(探头直径5 mm)，距上表面和下表面的距离为10 mm，角度间隔90°。声发射监测的指标包括振铃次数、能量(mV×ms)、振幅(μV)、频谱特征及破裂位置信息等。本文仅选取第1通道振铃次数、能量和破裂位置进行分析。

平均峰值拉拔力、平均峰值时间和平均峰值位移如图4所示。加载速率，平均峰值拉拔所对应的位移，平均峰值拉拔结果为：A组(5 kN/min，2.86 mm，21.34 kN)、B组(20 kN/min，3.57 mm，24.23 kN)、C组(40 kN/min，4.23 mm，32.41 kN)、D组(80 kN/min，6.21 mm，46.68 kN)、E组(120 kN/min，7.42 mm，46.93 kN)。随着加载速率的增加，峰值拉拔拉拔及所对应的位移逐渐增加，B组、C组、D组、E组与A组相比，峰值拉拔增加幅度及增加百分比分别为2.89 kN(13.54%)、11.07 kN(45.69%)、25.34 kN(78.19%)、25.59 kN(54.82%)，当加载速率超过80 kN/min后，峰值拉拔增加不明显，说明加载速率对峰值拉拔的影响不明显，可认为临界加载速率为80 kN/min。峰值拉拔所对应的位移增加幅度及增加百分比分别为0.71 mm(24.83%)，1.37 mm(38.38%)，3.35 mm(79.20%)，4.56 mm(73.43%)，峰值位移随着加载速率的增加亦逐渐增加，增加幅度与峰值拉拔类似，大于80 kN/min后增加幅度略降。从以上分析可知，在冲击动载环境中，低能量冲击事件能够较大幅度提升锚固系统的承载能力，但冲击能量超过某一个阈值后，动载对提高锚固系统抗冲击能力有所降低。因孔壁粗糙度、夹具夹紧度、锚固剂微缩形成的其与孔壁间的不接触现象，造成试验结果有一定的离散性；平均峰值强度所对应的加载时间分别为：A组252.23 s、B组75.30 s、C组50.18 s、D组32.64 s、E组23.51 s，呈现明显的非线性特征，随着加载速率越大，锚固体承受高拉拔的耐受时间越短。

不同拉拔速率下，锚固段锚杆轴力的部分典型结果，如图5所示。图5中应变片的位置分别为S6(25 mm，锚固上端为起点，向孔底增大，下同)、S5(65 mm)、S4(105 mm)、S3(145 mm)、S2(185 mm)、S1(225 mm)。拉拔速率一定时，各方案峰前曲线随着拉拔速率增大，其中浅部量值大于深部量值；随着拉拔速率的增加，峰前曲线由近似直线转变为非直线，其原因为锚固剂-孔壁第二界面在低拉拔速率时变形充分，而高拉拔速率时变形不充分造成的；接近峰值时，锚杆轴力曲线转换为非线性，受力急剧增加(A2，C1)。低拉拔速率时，各曲线峰后多呈波浪式、锯齿式起伏(A2，B1)，拉拔过程中锚固剂-孔壁间的凸台陆续被剪断是峰后曲线呈现波状起伏的原因；高拉拔速率时，因拉拔速率高，凸台在高拉拔力作用下被快速剪断，表现为峰后曲线相对光滑(C1，D1，E1)。峰值时刻，拉拔率越高，S6点处轴力越大，但衰减也越快，低拉拔率衰减较缓，整体上呈现负指数分布形态，与静态拉拔作用下的锚固机理类似[5]，如图5(f)所示。从以上分析可以看出，动态拉拔作用下，锚固段脱黏过程从锚固起始端开始逐渐向孔底扩展，增加锚固长度及孔壁-锚固剂界面摩擦系数是普通锚杆抵抗动态拉拔的有效途径。

1.2.4 饮食护理 在术后,告知患者吃一些流质的食物,之后再逐渐吃普通的食物。但需要注意的是,禁止让患者吃容易产生气体的食物,如牛奶、豆浆等,要吃多纤维的食物,可以使肠道通畅。

声发射系统采用柱面坐标系对破裂事件进行描述，定位结果如图6所示。从锚固体破裂点空间定位记录文件可以看出：破裂位置集中在锚孔附近，破裂次数及能量随着拉拔速率的增加而增大，即破裂次数：A3为23次，B2为25次，C3为37次，D2为72次，E3为81次；径向定位多集中在锚固剂或配筋附近的基体，角度定位随机分布；对各个试件，拉拔开始时，破裂事件大都从基体上端开始，然后中间、底部交替出现；随着加载速率的增加，破裂事件逐渐向基体底部过渡，这与锚杆脱黏破坏从锚固体起始段逐步向锚固段尾端扩展相关。

释放能量越高，加载速率越快，围岩及支护体就越容易达到临界拉拔，导致其在短时间内被摧毁。例如2014年3月27日，义马千秋煤矿21032回风上山掘进工作面发生严重的冲击地压事故，释放能量达到1.1×107 J，掘进工作面后方80 m长的锚网索棚复合支护巷道顶底板突然破坏、闭合，造成重大人员伤亡和财产损失。

3 结 论

试验装置：锚固基体内设置4根φ10 mm的配筋，配筋下端和固定盘通过螺栓连接，下端为T型拉头，可绕轴向转动实现上下拉头同轴，如图1(a)所示。采用φ20 mm×L330 mm锚杆，沿左旋无纵筋高强锚杆轴向两侧加工宽4 mm、深1.5 mm的细槽；用砂纸将槽表面磨平，在槽内每隔50 mm黏贴应变片，914胶水作为黏结剂，环氧树脂AB胶密封；应变片为长3.5 mm，宽2 mm的箔式应变片，每侧贴6片，如图1(b)所示。采用聚丙烯树脂胶作为锚固剂；聚丙烯树脂由A、B两种组分组成，按1∶1混合，10 min后抗剪强度可达到20 MPa以上。

(2)不同拉拔速率作用下，锚固段脱黏过程从锚固起始端开始逐渐向孔底扩展，增加锚固长度及孔壁-锚固剂界面摩擦系数是普通锚杆抵抗动态载荷的有效途径。

教学目标是教学活动的出发点和依据，也是教学达成的归宿。好的教学目标应该紧扣课程标准、教材内容、学情等因素进行综合性的考虑和设计，让学生“跳得起，够得着”，增强学习欲望，挖掘学习潜能，引导学生深度学习。同时，教学目标更要明确、具体、简约，不能含混笼统，模糊教学方向，造成教学目标难以达成，课堂成效将大打折扣。如《楞次定律》的教学设计中的过程与方法目标设计：培养学生总结、概括、抽象思维的能力，这一目标就显得空洞笼统，可以将此目标设计得更明确，如：通过实验体验，引导学生分析现象，寻找现象共性，归纳内在规律，培养学生的总结概括和思维能力。

(3)不同拉拔速率作用下，声发射次数和能量在接近峰值时开始急剧增加；高振铃次数及高能量事件仅仅在峰值附近出现，峰后的流动阶段各试件声发射现象基本一致，差别不大。

从疑点数据表中可知：在重度用电客户簇中，有一个疑点用户，在轻度用电客户簇中有9个疑点用户都可能存在偷电等情况的发生。经过实际有关人员对这些用户的调查，确实发现存在问题。实验结果表明该算法能够为内部审计提供审计依据，提高了工作效率。

(4)因试验条件所限，今后需要对围压、矿用树脂锚固体及自定义冲击载荷条件下的动态响应特征作进一步研究。

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