早强锚杆在高地应力层状软岩隧道中的应用研究

以在建的成都-兰州铁路杨家坪隧道为工程依托,选取条件基本相同的30m典型围岩区段为试验段,对普通锚杆、早强锚杆支护时的洞周位移、围岩与初支接触压力、型钢拱架应力及其锚杆轴力进行实测对比分析,探讨了早强锚杆在高地应力陡倾层状软岩隧道中的作用机制。结果表明：高应力软岩隧道中锚杆轴力为拉力,早强锚杆比普通锚杆轴力更大,可以使隧道洞周位移减小40%|早强锚杆使隧道边墙围岩压力和钢架拱顶应力减小,围岩压力分布和钢架受力趋于均匀|早强锚杆通过注浆材料深入围岩,可以提高围岩层面强度|及时发挥锚固作用,抑制了围岩渐进破坏过程,从而减小围岩塑性区|加长了锚杆的拉拔长度,减小围岩与初支接触压力,改善隧道支护的受力状况,有效地控制隧道变形。     

大变形锚杆支护效应分析

根据大变形锚杆的力学和变形特性,建立大变形锚杆–围岩相互作用结构模型,研究锚杆加固圆形隧道时的支护效应,并通过数值模拟验证了模型和求解方法的有效性。采用上述求解方法,定量分析了原岩应力、岩体强度以及大变形锚杆安装密度、长度和安装时间对其支护效果的影响规律。结果表明,在高应力或极软岩等恶劣地质条件下,围岩产生较大位移的情况下,大变形锚杆可以更好的发挥支护效应。大变形锚杆加固的主要作用在于限制塑性区围岩的变形,对塑性区边界的位置以及弹性区岩体变形的控制效果不明显。还通过改变安装锚杆时等效内支撑力的大小,揭示了锚杆安装时间对其支护效应的影响规律。研究结果可为大变形锚杆支护设计及参数优化提供基础理论依据。     

高地应力软岩隧道长、短锚杆联合支护技术研究

基于考虑应变软化特性的深埋隧道弹塑性解,采用锚杆中性点理论,系统地分析高地应力软岩隧道短锚杆支护失效机制,并论证高地应力软岩隧道中对锚杆长度进行加长的必要性:一方面增大锚固段的围压以提高黏结强度,另一方面增大锚杆头部和尾部处的围岩位移差以提高锚杆对围压的锚固效用。将高密度支护模式的短锚杆等效为复合岩体,同时将长锚杆对围岩的锚固作用考虑为作用在隧道洞壁处的等效支护力,建立隧道长、短锚杆联合支护力学模型,考虑锚杆和围岩的相互作用,得到长、短锚杆联合支护后的围岩特征曲线。通过对比每延米隧道锚杆用量相同情况下,普通短锚杆支护和长、短锚杆联合支护状态下的围岩特征曲线,说明了长、短锚杆联合支护策略对高地应力软岩隧道变形控制的有效性。该长、短锚杆联合支护力学模型考虑了长锚杆与围岩的相互作用,为高地应力软岩隧道长锚杆支护长度的设计提供了一种计算方法。     

深埋隧道软弱围岩稳定性分析及其锚固控制研究

近年来,随着我国地下基础设施的蓬勃发展,进入大规模地修建地铁项目阶段,城市之间的高铁项目如火如荼地建设中,同时采矿工程不断深入和大型水利工程的修建等。在这些建设过程中,常出现开挖后围岩的失稳破坏而发生塌方,特别是深埋条件下具有强度低、大变形特点的围岩失稳问题尤为突出。因此,开挖后软弱围岩稳定性分析及其加固控制对隧道工程设计和安全施工具有重要的意义。目前,对围岩的力学理论及应用研究取得了一定的成果,但是仍然跟不上现有的隧道工程建设,出现了理论研究明显落后于施工经验的局面,导致频频发生工程事故,究其原因是对开挖隧道后围岩变形特性的认识不足,缺乏及时加固控制的意识。本研究针对这些问题,以开挖隧道后围岩的塑性区力学状态和位移变形为基础,采用理论分析、室内试验和数值模拟等相结合的方式系统研究了开挖隧洞后围岩变形破坏的力学本质,揭示了围岩破坏后塑性区内的力学参数和位移的演化过程,探讨了深埋隧道围岩破坏的渐进性过程及锚杆锚固机制。完成的主要研究工作和成果总结如下:(1)从隧洞开挖后周边围岩的应力状态发生内力重分布为出发点,提出了应变软化模型下围岩的弹塑性有限差分解法,比较不同方法计算结果验证该方法的正确性,参数分析结果表明:剪胀特性对隧道洞壁处围岩的位移和塑性区半径影响较大,需要重点考虑岩体的剪胀性;临界软化系数对围岩的塑性区半径和残余区半径的影响较大;H-B屈服准则中"a"强度参数对判断围岩的稳定性具有重要影响,在计算过程中谨慎取值,建议采用广义H-B屈服准则;基于圆筒理论的弹性应变公式,同样适用于开挖隧道后应变软化围岩的稳定性分析中。(2)针对围岩的剪胀性和应变软化随围压变化的特性,根据剪胀性和应变软化是否考虑围压变化,建立不同的剪胀模型组合,探究了不同质量岩体的力学参数对塑性区围压变化的依赖性。研究结果表明,根据不同质量岩体塑性区内的力学参数对围压的依赖性不同,由于质量较好岩体的围压依赖性较低,建议采用剪胀角和临界软化系数均为固定的剪胀模型,但是质量较差岩体的围压依赖性较强,建议采用剪胀角和临界软化系数均随围压变化的剪胀模型。(3)基于统一强度理论,考虑中间主应力对应变软化围岩稳定性的影响,揭示了中间主应力对围岩特征曲线、纵向位移曲线和塑性区内非线性剪胀性的影响规律。结果表明,围岩稳定性研究的力学模型对分析结果影响较大,弹塑性模型未考虑围岩材料强度的弱化,计算结果偏小,不建议采用;中间主应力可以有效抑制塑性区半径和隧道洞壁处位移的发展,充分发挥围岩承载潜力,不考虑中间主应力效应的莫尔库伦强度准则,计算结果保守,可适当考虑围岩的承载潜力,而双剪强度准则计算结果偏小,不建议采用;纵向塑性发展上,考虑中间主应力的围岩在隧道掘进方向上的位移收敛速度增加,可以适当推迟支护结构施加的时间;对于塑性区内剪胀角变化的影响,中间主应力系数和临界软化系数分别体现在剪胀峰值和剪胀角的变化率上。(4)通过室内模型试验和FLAC3D数值模拟,再现了开挖隧洞后毛洞,施加短锚杆和长锚杆工况下IV级围岩的渐进性破坏过程和研究了锚杆对围岩的锚固效应。开挖隧洞后围岩的渐进性破坏顺序是边墙处的围岩首先发生剪切破坏,随后拱腰处剪切破坏,最后拱顶塌陷破坏;施加锚杆后的围岩,特别是拱顶部分围岩由于锚杆的加固作用形成了"加强梁"的作用,使得拱顶所能承受的最大沉降及其破坏荷载显著增加;锚杆的长度需要穿过拱顶塑性松动区(塑性残余区),否则,被锚固的围岩与上部未被锚固的围岩之间存在"分层"现象;锚杆可以显著改变围岩内部径向应力,表现在锚杆末端处围岩的径向应力增加。(5)锚杆通过与围岩之间的相互作用,其末端的锚固段将洞壁附近拉拔段的围岩"紧箍"起来使得洞壁处周边围岩变形减小;锚杆两端剪应力较大,特别是锚杆末端,应防止锚杆末端的剪应力较大超过砂浆与锚杆之间剪切强度而发生脱落;锚杆施作时机对锚杆应力分布和围岩变形控制影响较大,需要及时施作锚杆以达到较好的锚固效果,以免无效锚固;锚杆对具有大变形和弹性模量小的软弱围岩锚固效果较好,而对质量较好、弹性模量较大的硬岩锚固效果并不显著。     

浅埋偏压大断面隧道施工力学分析及方案比选

结合南宁玉象隧道偏压浅埋大断面隧道工程实际,建立了偏压浅埋大断面隧道施工动态有限元数值模型,分别采用上下台阶法、CD法和双侧壁导坑法3种施工方案,模拟施工对围岩变形和力学特性的稳定性影响,对围岩位移、应力、锚杆、初期支护轴力与二衬弯矩等进行对比分析,结果表明,双侧壁导坑法能较好地控制围岩位移,应力分布与隧道支护结构内力分配较合理。     

锚固的双重孔隙–裂隙岩体流变模型及其地下洞室二维有限元分析

针对所提出的双重孔隙–裂隙介质西原流变模型,建立相应的锚固体模型,给出将锚杆材料的弹性模量、抗剪强度等效均化到锚固体中的数学表达式。模拟一个假定的矩形地下洞室,就毛洞、使用不同厚度的锚固单元和杆单元的工况,进行二维有限元计算,分析、对比围岩中的位移、应力及塑性区。其结果显示:系统锚杆对洞周位移有一定约束作用,但不与其长度成正比,与杆单元相比锚固单元对位移的约束作用要明显;锚固区有明显的应力集中现象,而随锚杆长度的增加围岩中应力分布及量值也有一定的变化;系统锚杆使得围岩中的塑性区明显减小,但其作用也不与其长度成正比;而对同样长度锚杆分别使用锚固单元和杆单元时,所得的塑性区面积接近,但分布形状有所不同。     

中空注浆锚杆在某隧道支护中的应用

针对中空注浆锚杆的支护特点,运用计算软件FLAC3D构建三维数值模型,模拟隧道的开挖和支护过程,分别对比中空注浆锚杆支护和普通砂浆锚杆支护两种工况下的隧道顶板沉降量、衬砌的塑性区和剪应力场的变化。分析得出,中空注浆锚杆比普通砂浆锚杆更好地实现封闭压力注浆,使浆液向围岩空隙和裂缝中扩散,进一步提高锚固作用及改良围岩。     

厚泥岩复合顶板煤巷围岩控制技术研究

 针对首山一矿11061工作面运输平巷厚泥岩复合顶板强度低、无稳定承载结构、顶板下沉量大的问题,通过监测巷道围岩破坏及离层发育,统计巷道破坏具体形式,分析得出复杂应力条件下厚泥岩复合顶板巷道破坏的力学机制。基于普氏拱理论,结合现场具体支护和破坏状况,提出“预应力锚杆+锚索承载结构,配合原生裂隙区域注浆加固”的改进支护方案：预应力锚索(杆)形成的主、次承载结构协同作用,在两承载层间的泥岩顶板形成压缩区限制离层发展;布置倾斜锚索与垂直锚索,限制巷道顶帮角处围岩塑性区扩展,防止锚索锚固点所在岩层破断失去承载能力。依据塑性圈理论和数值模拟等手段,确定锚杆、锚索等具体支护参数,利用分区注浆加固泥岩强烈膨胀与松动破坏区域。数值模拟和现场工程实践的结果表明：与原支护方案对比,改进的支护方案巷道变形量减少约50%,巷道围岩完整程度明显提高,有效地控制了厚泥岩复合顶板变形与破坏。     

考虑刚度与强度劣化的洞室围岩弹塑性分析

地下洞室锚固围岩进入塑性状态后其刚度与强度均会产生一定程度的劣化。将锚固围岩视为复合岩体并借助参数等效原则求出其刚度与强度参数后,基于D-P屈服准则得到了考虑劣化效应的深埋圆形洞室锚固围岩弹塑性解,借助FLAC-3D有限差分软件验证了该方法的可靠性后对相关影响因素进行了具体分析。研究结果表明：(1)考虑锚固围岩的刚度与强度同时劣化后得到的围岩变形量更符合实际;(2)残余黏聚力c"、残余内摩擦角φ"、残余弹性模量E"的大小对锚固塑性残余区半径R_b、洞壁位移u具有控制性作用,当c",φ",E"取值越大时,R_b,u便会越小,反之R_p、R_b、u便会越大;(3)软化模量M_c、M_φ对塑性残余区半径R_b、洞壁位移u的影响较大,对塑性软化区半径R_p的影响可以忽略;(4)系统锚杆与支护阻力p_i协调作用下可以有效控制塑性残余区范围及围岩变形。     

巷道锚杆支护围岩强度强化机理研究

通过实验室试验和理论分析 ,研究了巷道锚杆支护对锚固范围岩体峰值强度和残余强度的强化作用以及对锚固体峰值强度前后 E,c,φ值等力学参数的改善 ,分析了锚固体强度强化后对巷道围岩塑性区和破碎区的控制程度     

预应力锚索框架在边坡锚固工程中的应用

以高边坡锚索框架防护工程为例,重点介绍了预应力锚索框架的施工方法、工艺及在边坡防护工程中的应用,指出边坡锚固工程必须搭设满足承载力与稳定能力的操作平台,并为以后类似工程施工提供参考。     

混凝土结构中植筋的有限元数值模拟分析

在对植筋的工作机理及力学性能分析的基础上,根据有限元数值模拟结果,分析了不同植筋长度和不同孔径时的有限元计算结果,得出了相关结论,以期为混凝土结构加固改造工程设计和施工积累经验。     

TM、ZM 系列预应力锚具静力、疲劳性能试验研究

根据ＦＩＰ建议的要求，作者对ＴＭ、ＺＭ系列预应力筋～锚具组装件进行了静载和动载试验研究，并评价和比较了两种锚具的静力和疲劳性能。     

双压花锚具的试验研究

介绍了一种应用于后张有粘结预应力体系的新型双压花锚具的研制情况 ,重点针对双压花锚具的构造定型、构造措施作用、锚固性能进行了试验研究和分析 ,同时进行了形式试验并得出结论。     

在平法制图规则下钢筋混凝土框架柱梁节点梁钢筋构造及应用探讨

依据混凝土结构设计规范和混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图(平法),通过对钢筋混凝土框架柱梁节点钢筋锚固构造施工详图进行探讨,便于设计、施工和工程造价人员了解框架节点钢筋相互位置关系,增加相关实际工程经验。     

新型压缩摩擦组合分散型锚索锚固机制及效应研究

 预应力锚固技术广泛应用于水利水电、交通运输及地下采矿等工程领域。由于常规压力集中型锚索具有前端应力集中、剪应力分布不均匀等现象,研究、设计新型压缩摩擦组合分散型锚索。在介绍该技术要点的基础上,通过室内张拉试验以及数值仿真模拟试验,对该种锚固技术的锚固机制及效应进行系统地研究。结果表明,新型压缩摩擦组合分散型锚索内锚头应力集中量值较小,注浆体轴向压应力及剪应力叠加不明显,应力分布较为均匀,可有效克服现有压力集中型锚索所存在的缺陷,达到改善内锚头应力、提高锚固可靠性要求。在总张拉力确定的情况下,利用所设计的新型压缩摩擦组合分散型锚索技术可实现总张拉力要求,达到锚固岩体的目的。研究结果可为岩土体锚固系统设置提供一定的借鉴及参考。     

预应力混凝土双压花锚具力学性能试验研究

参照单压花锚具构造,提出预应力混凝土双压花锚具的概念。通过试验对二者的受力性能进行了深入的对比研究,对双压花锚具的构造提出进一步的改进措施。     

《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T14370-2000修订介绍

就《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T14370-2000的修订任务、拟修订的主要内容及国内外20年来锚具性能标准三部分作了简要介绍。同时,对现实中存在的问题进行了讨论。     

岩体锚固技术的锚固机理分析及锚固质量控制简

随着我国基础设施建设力度的加大,锚固技术可以提高岩土边坡稳定性是解决岩土边坡工程复杂的工程问题和提高经济效益的重要方法,因此它有十分广阔的应用前景。论文介绍了锚固的基本原理,分析了锚杆的锚固机理,对锚杆锚固质量优劣的影响因素进行了探讨,获得了一些有益结论,对实际工程具有一定的指导意义。     

对钢筋锚固原理及钢筋锚固长度的认识

介绍了钢筋锚固的机理 ,对其在简支支座、中间支座等不同受力情况下锚固长度的取值方法作了阐述 ,以使构件中的钢筋在实际施工中符合设计和规范的要求