围岩弹塑性变形条件下锚杆、喷混凝土和u型钢的支护效果研究

已给出弹塑性变形条件下围岩-支护相互作用的全过程解析求解，在此基础上深入研究3种常用支护结构的支护作用效果，是非常必要的。考虑开挖面空间效应，根据弹塑性变形条件下围岩-支护相互作用的全过程解析求解，针对6、5、4m直径的工程算例，分别对素喷混凝土、锚杆和u型钢等3种支护结构的支护作用效果进行了理论计算与分析，主要包括：3种支护结构极限承载能力理论计算、基于开挖面空间效应的3种支护结构控制围岩弹塑性变形的理论计算与效果分析、剩余支护承载力对普氏围岩压力支护效果的计算与分析；研究了u型钢支架的荷载-径向变形本构关系、提出了剩余支护承载力的概念、分析了支护结构支护围岩各类形变压力的支护机制。研究结果表明：（1）3种支护结构能提供的支护承载力（<1mpa）相对于原岩应力（>10mpa）来说量级太低，控制5～6m及更大直径的巷道围岩弹塑性变形是无效的，但控制4m直径的巷道围岩弹塑性变形是有效的；（2）对于直径达5～6m甚至更大的巷道围岩，若支护结构的剩余支护承载力能有效地被保存，则支护结构还可以起到有效地支护普氏围岩压力的作用。