基于接触摩擦理论的岩壁吊车梁锚固设计

KSEP水电站工程位于非洲南部,厂房型式为中部式地下厂房,厂房吊车梁采用国内通用的岩壁吊车梁结构。设计应用ANSYS程序,基于接触摩擦理论,采用非线性有限单元法,精细地模拟了围岩、梁体、锚杆以及岩壁吊车梁与岩体的接触面,对岩壁吊车梁的受力特性进行了系统的计算分析。数值仿真分析结果表明,采用接触面单元、锚杆单元,充分考虑了梁体与围岩之间的张开、接触、摩擦以及锚杆与围岩的相互作用,较好地反映了岩壁吊车梁在各种工况下的工作性态及支护机理,对其他工程的岩壁吊车梁的稳定性分析、支护设计有较好的借鉴和指导作用。     

四川省大渡河金川水电站地下厂房岩壁吊车梁岩台超挖处理措施及锚杆注浆时机研究

为了解决金川水电站地下厂房岩壁吊车梁岩台超挖严重问题,综合考虑现场地质状况、开挖现状、施工条件以及后续开挖可能进一步加剧围岩劣化等因素,对岩台超挖部分实施混凝土回填,并与岩壁吊车梁同期施工。通过建立岩壁吊车梁和回填混凝土及围岩三维有限元数值模型,计算分析了洞室下部开挖过程中的洞壁应力释放和桥机轮压、受拉锚杆注浆时机对岩壁吊车梁受拉锚杆应力以及壁吊车梁应力影响。结果表明：岩壁吊车梁锚固锚杆应力主要受洞壁应力释放影响,轴向拉应力最大值位于岩体中,桥机轮压影响幅度仅为0.32～3.15 MPa;岩壁梁锚固锚杆不宜与系统锚杆同时注浆。岩壁吊车梁运行状态良好,满足稳定要求。     

围岩释放应力对岩壁吊车梁受拉锚杆受力性能的影响

地下厂房岩壁吊车梁受拉锚杆的分析和设计是否应考虑及如何考虑围岩的释放应力与吊车轮压应力的叠加,是目前水电工程界争论较多的问题之一。利用经典力学平衡理论,分析了岩壁吊车梁受拉锚杆的围岩释放应力及吊车轮压应力的形成机理,揭示了各个不同受力阶段岩壁吊车梁受拉锚杆的承载机理和应力传递规律,在此基础上分析了围岩释放应力对岩壁吊车梁承载能力极限状态和正常使用极限状态的力学性能的影响机制。结果表明,围岩的释放应力相当于加载之前对受拉锚杆施加了预应力,它能改善岩壁接合面的开裂及梁体变形性能,但不会对岩壁吊车梁的承载能力极限状态产生正面或负面影响;由岩壁吊车梁极限平衡条件得出的受拉锚杆的吊车轮压应力不应与围岩的释放应力相叠加。上述研究成果可为岩壁吊车梁受拉锚杆的设计提供理论依据和技术支持。     

长河坝水电站地下厂房岩壁吊车梁设计

长河坝水电站地下厂房安装双小车电动双梁桥式QDWHX420+420/16 t-27 m型起重机,桥机一侧轨道上的吊车轮数为10,最大轮压为860 k N。根据《地下厂房岩壁吊车梁设计规范》Q/CHECC 003-2008,对吊车梁的布置、截面尺寸、受拉锚杆截面面积及与岩壁结合面的稳定性进行了全面分析、计算并根据有限元计算成果,最终确定了岩壁吊车梁的截面形状及锚固支护方案。     

基于三维有限元法的地下厂房岩锚吊车梁稳定性研究

以双江口水电站地下厂房岩锚吊车梁为研究对象,采用三维有限元法研究施工期及运行期各种荷载作用下回填混凝土、围岩位移、应力分布规律及锚杆的受力状态,揭示了地下厂房中下部开挖以及运行期荷载组合对岩锚吊车梁及附近围岩局部变形、稳定性的作用和影响。计算结果表明,岩锚吊车梁混凝土与围岩接触面具有足够的安全储备,锚杆具有足够的锚固力,从而论证了双江口水电站地下厂房吊车梁结构设计参数以及锚杆的支护方案是可行的。     

考虑围岩开挖响应的岩壁吊车梁受力分析

以句容抽水蓄能电站地下主厂房为依托,采用数值分析软件ＦＬＡＣ３Ｄ对地下厂房岩壁吊车梁在施工期和运行期的受力进行数值仿真计算分析,对吊车梁结构形式、受力特性、支护参数的合理性进行了评述。结果表明:洞室开挖过程中,受围岩荷载释放的影响,吊车梁会产生向洞内侧的变形;在洞室围岩开挖结束后,岩壁吊车梁锚杆应力距离材料屈服强度还有很大的安全裕度;运行加载后岩壁吊车梁的变形很小,锚杆应力有增加但数值较小,岩壁吊车梁的应力分布基本没变;运行期加载后岩壁吊车梁沿岩壁抗滑安全系数在５．０以上,足够安全。     

岩壁吊车梁的结构计算

岩壁梁是用锚杆将吊车梁锚固在地下厂房的岩壁上。呈悬臂状态，通过位于岩壁梁上部的受拉锚杆、下部的受压锚杆和岩台，将作用在岩壁梁上的全部荷载传递给围岩。如图1所示。岩壁梁一般取单宽进行结构计算。内容有3部分：     

地下厂房岩壁吊车梁结构研究

在考虑西龙池抽水蓄能电站工程地形，地貌，地质条件，岩性，断裂带等因素的基础上，用非线性弹塑性有限元方法对岩壁吊车梁结构进行了系统的研究，并详细分析了岩壁吊车梁施工与运行期的围岩变形，应力以及稳定性，研究结果表明：西龙池抽水蓄能电站地下厂房的开挖施工引起的围岩变形符合一般的地下硐室开挖规律，岩壁吊车梁施工与运行没有异常的变形；岩壁吊车梁施工及运行对围岩应力以及屈服域均不构成影响，岩壁吊车梁锚杆对吊车梁稳定起决定性作用；像西龙池抽水蓄能电站这样围岩以Ⅲ类为主的地下厂房也可采用岩壁吊车梁结构。     

白鹤滩水电站地下厂房岩壁吊车梁稳定性分析

当地下厂房岩梁壁座缺失或超挖较大时,岩壁吊车梁与修补混凝土需要同期浇筑和施工,岩壁吊车梁与常规岩梁体型相比有了较大变化、受力十分复杂。为此,采用能较好地模拟不连续面的非连续力学方法,对岩梁与岩壁结合面采用接触面单元进行模拟,分析了标准设计断面和壁座修补断面两种情况下的岩壁吊车梁锚杆受力、岩梁与岩壁结合面的应力与变形,以及修补断面岩梁的潜在破坏形式,并对促进岩梁稳定的措施进行了探讨。结果表明:采用非连续力学方法计算出的岩梁锚杆受力、岩梁和岩壁结合面上的应力和变形分布特征与实际情况较为接近;对于岩梁壁座缺失的情况,采用混凝土修补以及附壁墙加强措施是合适的,轮压荷载引起的锚杆应力、岩梁与岩壁结合面法向变形和切向变形在可接受范围内;在超载情况下,修补断面岩梁的破坏是以锚杆先出现受拉破坏,进而岩梁与岩壁结合面剪切破坏的破坏型式;在岩梁的稳定性分析中,不仅要考虑厂房开挖变形引起的锚杆释放应力,也要考虑其引起的岩梁和岩壁结合面应力变化的影响。     

溧阳抽水蓄能电站地下厂房岩壁吊车梁监测设计与施工期监测资料分析

主要从地下厂房岩壁吊车梁结构应力、变形等方面介绍了溧阳抽水蓄能电站地下厂房岩壁梁监测设计及安全监测成果。监测资料分析结果表明,目前岩壁梁支护结构应力、围岩变形较大但已趋于稳定,混凝土结构应力与结合缝张开较小,岩壁梁处于逐步稳定的工作状态。由于溧阳抽蓄工程地质条件在国内外同类工程中的特殊性与复杂性,因此,其对于以后同类工程地下厂房岩壁吊车梁监测设计、施工和监测资料分析等具有特殊的意义与重要参考价值。     

岩壁吊车梁动力特性及响应的实测研究

岩壁吊车梁是地下厂房大吨位桥式起重机的支撑结构,由于其受力十分复杂,目前所使用的设计和计算方法都忽略了岩石变形、混凝土与岩石的粘结力,也没有考虑岩壁梁在桥机运行时的动力作用,这同实际情况有一定的差别。为此,对于岩壁吊车梁的动力特性和动力响应进行了现场原型实测研究,取得了一些有工程意义的成果,为今后类似工程的设计提供了相关的技术参数。     

扶壁柱式岩壁吊车梁受力特性研究

岩壁吊车梁是水电站地下厂房常用的结构形式之一。在地下厂房围岩条件较差的情况下,一般通过增设扶壁柱方式来控制吊车梁产生过大的变形。基于有限变形理论,建立III类围岩条件下带扶壁柱的岩壁吊车梁数值计算模型,探讨了吊车梁施工完成后地下厂房下层后续开挖对吊车梁应力和变形分布的影响,分析了吊车梁在吊车运行载荷条件下的应力变形特性,获得了扶壁柱高度大小对吊车梁变形及应力分布的影响规律,提出了带扶壁柱吊车梁设计应注意的应力集中问题,研究结论可为工程设计参考。     

小湾水电站地下厂房岩锚吊车梁模型试验研究

岩锚吊车梁的设计,目前国内尚无规范可循,传统的计算方法受地质条件和开挖爆破等不确定因素的影响,难以对其进行精确计算。小湾水电站地下厂房岩锚吊车梁进行了1:1模型试验,通过两次常规加载和一次超载试验,对岩锚吊车梁的整体变形特征和安全度进行了评价,指导了岩锚吊车梁的设计和施工。     

地下洞室施工开挖的三维弹塑性数值模拟分析

采用三维弹塑性有限元法对某水电站地下厂房主洞室施工开挖过程进行数值模拟计算。通过分析地下洞室开挖过程中围岩和岩锚吊车梁的变形状态、应力状态、屈服区分布以及整体稳定性。得到应力及变形的发展规律以及屈服区出现的部位，指出在设计、施工中的注意事项，为工程设计和施工决策提供理论参考依据。     

岩锚吊车梁轮压效应的三维有限元数值分析

结合实际工程，应用三维非线性有限元法，全面考虑混凝土、围岩和锚杆三者变形对岩锚吊车梁受力状况的影响，计算分析了岩锚吊车梁在运行期轮压作用下的工作性态和稳定性，并分析了用有限元法与刚体力系平衡法计算岩锚吊车梁的差异，并指出了岩锚吊车在设计、施工中的注意事项．有限元数值分析表明，在设计最大轮压作用下岩锚吊车梁的锚杆应力较小，主要分布在梁壁接触面附近；围岩变形很小，吊车梁素混凝土局部最大拉应力为1．04MPa，梁壁接触面最大开度为0．023mm，整体稳定性具有足够的安全储备。     

漫湾水电站二期工程地下厂房岩壁吊车梁设计

漫湾水电站二期工程地下厂房吊车梁采用岩壁吊车梁结构。设计采用刚体力系平衡法和有限无法进行计算，并借鉴了鲁布革等水电站岩壁吊车梁设计的成功经验。针对漫湾工程岩壁吊车梁地段地质条件较差的问题，设计中采用了混凝土置换等措施进行加强锚固。通过承载试验成果及一段时间的运行表明，岩壁吊车梁体形及锚固措施设计是合理的。     

溧阳抽水蓄能电站CZ0+143.125监测断面数据异常情况数值分析研究

溧阳抽水蓄能电站工程地质条件复杂,在开挖过程中,CZ0+143.125监测断面下游侧边墙受中槽及边墙开挖影响较大,尤其在开挖面靠近该断面时,下游边墙Mc 44-6(拱座与岩壁吊车梁之间)多点位移计测值持续增长,随着支护的跟进,围岩变形测值有收敛趋势;但在后续母线洞开挖施工过程中,边墙围岩位移仍呈增大趋势。针对该部分围岩地质条件,利用FLAC 3D计算软件对该部位围岩进行数值分析研究,分析数据异常原因,并对洞室围岩安全性进行分析评价。     

乌东德水电站洞室开挖围岩应力重分布的数值分析

为研究锚杆支护作用对乌东德水电站地下洞室围岩应力状态的影响,采用FLAC 3D软件进行数值模拟分析。模拟结果表明,设置锚杆支护提高了洞室开挖过程中围岩的最小主应力,围岩整体稳定性大幅提高;在地下洞室开挖面的顶板、顶板与侧墙以及四周全断面分别设置锚杆支护,得到的最大主应力增量分别为0.93、2.46 MPa和6.50 MPa,说明锚杆安装在四周的工况对围岩稳定最为有利;锚杆数量、长度和预应力对围岩应力重分布均有明显影响,当单侧锚杆的数量、长度和预应力分别为5根、2.0 m和60 kN时,可形成完整的圆弧应力拱,提高了开挖面围岩的整体稳定性。     

引黄工程北干线平鲁地下泵房岩锚吊车梁设计

岩壁吊车梁是地下厂房中常用的一种水工结构,设计的重点在于其在吊车荷载等外力作用下的自身稳定计算分析。对万家寨引黄工程北干线平鲁地下泵站岩壁吊车梁的设计做了简明的论述．着重介绍了岩壁吊车梁的锚固设计。     

阿海水电站水2号导流洞进口结构稳定复核

阿海水电站2号导流洞进口段采用大型通用有限元软件ANSYS,调用Drucker-Prager模型考虑围岩的塑性行为,调用混凝土单元及William-Warnke强度模型模拟村砌的开裂及压碎失效,调用面-面接触单元模拟围岩与衬砌的接触行为,综合多种结构非线性方法,对进口结构在下闸蓄水后的极限承载能力进行复核分析.能承受极限外水头为41～52 m,而永久堵头施工期间的设计水头82 m,故建议在施工永久堵头前,先在低水位下快速施工临时堵头挡水,以保证永久堵头的顺利施工及质量.