锚固形式对地下洞库抗爆能力影响数值分析

在模型试验的基础上建立数值分析模型,分别以锚杆间距、锚杆长度、锚杆直径、锚杆布置方式等为影响因素,以最终结构整体破坏情况为判别标准,研究了爆炸荷载作用下不同锚固参数对洞室的加固效果.结果表明:随着间距的减小,锚固区损伤面积呈明显减小趋势;随着锚杆直径的增加,结构裂缝开展有明显改善;爆炸荷载作用下,不同锚杆支护形式对结构...     

基于3DEC的锚杆支护超大跨度洞室抗爆性能数值模拟

为研究锚杆支护对超大跨度洞室动力响应的影响,对锚固支护的地下洞室在顶爆作用下的破坏形式进行了数值模拟研究,并基于3DEC软件参数化建立了不同锚杆支护结构,分析了锚杆间距、长度和直径对超大跨度洞室抗爆性能的影响.数值分析结果表明,将超大跨度洞室拱顶附近岩石用锚杆连接,共同承载压力,有效地降低拱顶的动力响应;锚杆支护效果随着锚杆间距的减小、直径的增大而增强;随着锚杆长度的增加,拱顶挠度先减小后增大;相同锚杆用量情况下,改变间距对超大洞室支护效果的影响最大,改变直径影响次之,改变长度影响最小.     

层状软岩隧道超前支护及锚杆定向预加固研究

为探究适应大变形隧道层理特性的定向预加固方法,依托九绵高速大变形隧道,通过岩石试验确定围岩参数,在数值模拟中验证了不同大变形等级及平纵层理角度下通过调整锚杆、超前支护施作角度与小导管间距的定向加固方法效果,3种大变形等级的现场试验段隧道变形均有较明显提升,验证了该方法适用性。结果表明：(1)支护压应力来自围岩变形挤压作用,锚杆、超前支护优化影响锚杆、小导管受力进而改变支护受拉,锚杆小导管优化效果随大变形等级增加而增强;(2)平面层理下,锚杆施作角度定向加固效果显著,强烈大变形采用双层小导管时可考虑超前定向加固,不同层理角度对锚杆、超前支护优化敏感性不同;(3)纵向层理斜向下时,通过增大小导管与纵向层理夹角而进行外插角定向优化;(4)纵向层理斜向上时,寻找围岩变形随小导管间距减小变化速率转折点从而确定最优间距,大变形等级越高、纵向层理倾角越大,最优间距越小。     

锚杆参数对围岩稳定性影响的数值分析

研究了随着折减系数的变化,隧道围岩塑性区的变化情况。对于不同的工况,通过对锚杆参数(锚杆长度、间距和直径)的模拟比较,得出锚杆长度对改善围岩稳定性效果最明显,其次是锚杆间距,最后是锚杆直径。并结合后云台山隧道工程实例,分析后云台山隧道开挖后围岩稳定性变化,得出后云台山隧道围岩稳定性良好满足施工要求。     

锚杆参数对围岩稳定性影响的数值分析

结合强度折减法对隧道开挖过程中围岩稳定性进行模拟分析,研究了随着折减系数的变化,隧道围岩塑性区的变化情况。对于不同的工况,通过对锚杆参数(锚杆长度、锚杆间距和锚杆直径)的模拟比较,得出锚杆长度对改善围岩稳定性效果最明显,其次是锚杆间距,最后是锚杆直径。结合后云台山隧道工程实例,分析后云台山隧道开挖后围岩稳定性变化,其稳定性良好,满足施工要求。     

基于模糊综合判别法的隧道岩爆烈度等级预测

文章以都汶高速福堂隧道为工程依托,建立隧道岩爆风险的目标-准则-指标层次结构图,将岩爆风险划分为地质风险和施工风险,并进一步细化落实到7个具体指标:地下水、隧道埋深、饱和岩石单轴抗压强度、应力强度比、岩体完整性系数、开挖方式、支护方案。将岩爆等级划分为四个等级,采用隶属度函数和专家打分法相结合的形式,确定指标层各因素对目标层等级的隶属度,根据层次结构模型利用1～9标度法确立判别矩阵,求得各指标权重集。最终基于模糊综合判别法对隧道岩爆烈度进行预测,并与实际岩爆发生的情况进行对比验证。结果表明预测岩爆等级分布与实际岩爆发生情况基本一致。     

框架预应力锚杆支护结构中锚杆长度的研究

框架预应力锚杆支护结构是一种新型的深基坑柔性支护技术.文章阐述了其基本构成和特点,研究了锚杆长度的计算.结合工程实践,基于内部整体稳定性安全系数最小的原则分析了基坑坡角、锚杆锚固体直径、锚杆水平倾角以及锚杆间距等设计参数对锚杆长度和内部整体稳定性安全系数的影响,并给出了所有参数的取值范围,为框架预应力锚杆支护结构的发展应用提供了实践经验.     

基于模糊概率的隧道正洞围岩稳定性分析

以云南省新建玉(玉溪)磨(磨憨)铁路曼木树隧道为工程背景,对复杂地质条件下隧道支护参数进行优化,隧道正洞支护参数变更为:拱墙喷射混凝土厚度25cm,拱墙设置?6钢筋网片,网格间距25cm×25cm,拱部采用?22组合中空锚杆,边墙采用?22砂浆锚杆,锚杆间距1. 2m(环向)×1. 2m(纵向),锚杆长度3m/根。平导支护参数变更为:拱墙设置I16钢架加强支护,纵向间距1. 2m/榀,拱部设置?25砂浆锚杆超前支护,超前锚杆纵向间距2. 4m/环,每环21根,每根长3. 5m。对监测数据进行回归处理,用模糊概率的方法对隧道围岩稳定进行分析,验证支护参数变更的合理性。得出隧道拱顶围岩位移时态曲线与指数函数相关性较高的结论,并用模糊概率公式对隧道稳定性进行计算,探讨平导对正洞拱顶下沉值的影响。拟合出平导对正洞拱顶下沉值的影响是正洞拱顶下沉值增加的14. 383mm,并得出二次衬砌施作时机。     

隧道径向锚钉-斜交锚杆复合支护技术研究

基于长短锚杆组合支护理论,提出了一种隧道径向锚钉-斜交锚杆复合支护技术,该技术可提高支护结构的整体抗力,有利于缩小围岩塑性区半径,增加锚杆处于稳定围岩区的长度。为进一步研究锚钉和锚杆的组合长度,将隧道围岩划分为A、B和C三区,并把锚杆作用在围岩体内的剪应力简化为环向边界应力,运用厚壁圆筒弹塑性理论推导了锚钉和锚杆组合长度计算式。实例分析表明,0.8m(锚钉)和3.8m(锚杆)的组合长度可以使隧道塑性区半径降低28%,锚固盲区减小88.8%。可见,在隧道长短锚杆组合支护理论中,该计算方法对围岩锚固体长度参数设计有一定指导意义。     

基于微震信息的岩爆体积分级与判别方法研究

深埋地下工程岩爆灾害的危害性与其爆坑规模直接相关,为进一步提高岩爆灾害的精细化表征及预测水平,开展基于微震信息的岩爆爆坑体积分级及判别方法研究。首先,通过对收集到的111个来源于锦屏二级水电站深埋隧洞群工程的岩爆案例进行统计分析可知,岩爆孕育过程中的累积微震事件数、累积微震释放能、累积微震视体积、微震事件率、微震能量释放率、微震视体积率这6个指标与岩爆爆坑体积之间具有较高相关性,即岩爆爆坑的体积分布与微震参数取值之间呈现出较为明显的从低到高的层次差异性。其次,利用层次聚类分析手段,从工程实用性与可预测性的角度构建一种岩爆体积分级划分方案,以锦屏隧洞工程为例,将岩爆体积等级划分为五级,并确定相应等级的体积阈值。最后,基于改进的分类回归树(classification and regression tree,简称为CART)算法,构建了用于确定不同岩爆体积等级下各微震参数判别阈值的决策树,形成岩爆体积等级的6个单微震参数判据;进一步,提出一种基于多微震参数的岩爆体积等级综合判别的蛛网图方法,并通过案例反分析确定相应的判别准则,利用该方法可快速实现洞室开挖过程中岩爆潜在规模等级的判别。对收集...     

Laboratory investigation into effect of bolt profiles on shear behaviors of bolt-grout interface under constant normal stiffness (CNS) conditions

Rock bolts have been widely used for stabilizing rock mass in geotechnical engineering. It is acknowledged that the bolt profiles have a sound influence on the support effect of the rock bolting system. Previous studies have proposed some optimal rib parameters (e.g. rib spacing); unfortunately, the interface shear behaviors are generally ignored. Therefore, determination of radial stress and radial displacement on the bolt-grout interface using traditional pull-out tests is not possible. The load-bearing capacity and deformation capacity vary as bolt profiles differ, suggesting that the support effect of the bolting system can be enhanced by optimizing bolt profiles. The aim of this study is to investigate the effects of bolt profiles (with/without ribs, rib spacing, and rib height) on the shear behaviors between the rock bolt and grout material using direct shear tests. Thereby, systematic interfacial shear tests with different bolt profiles were performed under both constant normal load (CNL) and constant normal stiffness (CNS) boundary conditions. The results suggested that rib spacing has a more marked influence on the interface shear behavior than rib height does, in particular at the post-yield stage. The results could facilitate our understanding of bolt-grout interface shear behavior under CNS conditions, and optimize selection of rock bolts under in situ rock conditions.     

Rock bolt supporting factor: rock bolting capability of rock mass

Rock mass classification has played a crucial role in underground construction and mining projects in the past fifty years, especially the Rock Mass Rating (RMR) and Rock Tunneling Quality Index (Q) systems, which have been applied in many cases. The parameters of discontinuity conditions in the RMR system, along with the related ratings, were used to develop a new equation in order to introduce an intrinsic quality of a given rock mass, namely, rock bolt supporting factor (RSF). The RSF was used to develop a mathematical theory of the rock bolt supporting mechanism as a new principle in explaining rock bolting effects. Finally, using the parameters of the discontinuities in the Q-system, the QRSF is defined to present the capability of a given rock mass to be reinforced by rock bolting. The RSF leads to more reliable judgment of rock bolting capability of a given rock mass than the QRSF since it uses five parameters of discontinuity conditions while the QRSF uses only two parameters.

     

深部高地应力区软岩巷道模型试验及数值优化

深部巷道围岩大变形和失稳破坏是高地应力区巷道普遍存在的问题,有效的支护措施是保证深部巷道稳定的重要因素。以淮南某煤矿深部巷道为工程背景,通过相似材料模型试验利用YDM-D多功能地质力学模型试验系统,研究了巷道在无支护和锚杆支护两种条件下巷道围岩的变形破坏特征。研究结果表明:相似材料选用粘土、水泥、砂及水,配合比为4∶1∶20∶1.3的试件表现出良好的塑性大变形特性;相似材料模型经过锚杆加固后,洞壁最大位移有所减小,由15.4 mm减小为12.1 mm,加固效果不明显,表明锚杆的间距偏大,并用数值分析方法模拟验证了试验结果。采用正交设计结合数值分析方法对淮南某煤矿深部巷道喷锚支护方案进行了优化分析。结果表明:拱顶锚杆长度间排距分别取2.4 m、0.8 m、0.8 m,边帮锚杆长度间排距分别取3.7 m、0.8 m、0.8 m,底板锚杆倾角45°,锚杆长度间排距分别取2.9 m、0.9 m 、0.8 m,喷层厚度取120 mm加固方案效果最优。     

基于剪切应变梯度塑性理论的断层岩爆失稳判据

应用应变梯度塑性理论及能量准则，提出了断层岩爆的失稳判据的解析解。断层带被视为一维剪切问题，断层带尺寸由岩石内部长度确定。断层带的一半及带外一侧的弹性岩石被视为一个系统。得到了依赖于断层带尺寸的断层带的耗散势能及峰后刚度表达式。应用能量准则，得到了断层带-围岩系统的失稳判据，它不仅与岩石材料的本构参数有关，也与岩石结构的几何尺寸有关，说明系统的稳定性具有尺寸效应。断层岩爆失稳判据与矿柱岩爆失稳判据具有类似性。目前的断层岩爆失稳判据的优越性在于：断层带的宽度、断层带的耗散势能、峰后刚度及失稳判据等都可以解析表示；而且，断层带内部具有不均匀的(塑性)剪切应变，这一点与有关的实际观测结果相符合。     

岩质边坡在地震荷载作用下的动力响应分析

在动力有限元理论的基础上,运用ANSYS软件对石家庄至武汉铁路客运专线岩质边坡进行地震荷载作用下的动力响应分析。获得了位移、加速度和锚杆(索)轴向力放大系数及其变化规律,结果表明:边坡对地震加速度存在放大作用,坡顶水平向峰值加速度为5.13 m·s^-2,约为输入地震峰值加速度的1.6倍,锚杆(索)框架梁支护能有效地提高岩质边坡的动力稳定性,具有良好的抗震效果。研究结果对岩质边坡的抗震设计具有一定的借鉴意义。     

锚杆对洞周粘弹岩体应力状态的影响

本文用解析方法对粘弹介质围岩中的锚杆作用进行了分析研究。经过简化得到围岩（包括锚固区）的应力状态表达式。它们可以反映出锚固时间、锚杆间距、锚固予应力及锚杆长度等参数的影响。最后着重讨论了合理的锚杆长度,并得出了明确的结论。     

拉剪作用下节理岩体锚固力学分析模型

 现有锚固理论不能反映节理岩体锚固的内在力学机制。基于节理岩体全长黏结型锚杆锚固的地质变形特征,根据加锚节理岩体超静定梁模型,将超静定梁转化为受到挤压分布力、轴力和剪切力共同作用的静定梁模型,探讨拉剪作用下节理岩体锚固的受力与变形的演化规律。基于结构力学理论,考虑锚杆横向剪切变形段荷载与变形的内在物理关系、位移相互协调关系以及由能量原理导出的平衡关系,建立拉剪作用下节理岩体锚固的力学分析模型,进一步提出拉剪荷载作用下的节理面一侧锚杆横向剪切变形段长度的计算方法。研究表明,加锚节理岩体受锚杆轴向拉力和销钉效应共同作用,节理面处锚杆轴力和剪力呈抛物线耦合关系;锚固角越大,锚杆销钉效应越显著。节理面一侧锚杆横向剪切变形段的长度随锚固角的增加而增大,但锚杆抗力随锚固角的增加而降低。与试验数据的对比分析表明,理论模型的计算结果与试验结果吻合较好,验证了该模型的合理性。研究结果可为节理岩体锚固研究及工程应用提供参考。     

隧道围岩与支护结构变形协调控制机理及工程应用

为解决高应力下隧道岩爆以及软岩大变形控制难题,本文从隧道围岩荷载与支护平衡、变形协调控制及围岩能量守恒三方面进一步分析地下工程平衡稳定方法的特点;根据不同围岩级别总结地下工程平衡稳定方法中隧道支护结构抗力与围岩变形特征曲线,并提出隧道围岩支护的施工建议;通过分析围岩与支护结构有效荷载传递规律与功能转换特征,揭示围岩平衡与支护结构变形协调控制机理,并结合高应变吸能层材料设计一种表征为“吸能让压 支承抗压”的一体化新型隧道围岩支护工艺。通过工程应用表明,基于新型支护工艺在岩爆、软岩大变形隧道中围岩压力降低28.09%,保障了隧道安全高效施工。     

小净距隧道中夹岩加固技术研究

中夹岩的稳定是小净距隧道建设成功的关键。而小导管注浆、系统锚杆及水平贯通预应力锚杆是应用最为广泛的3种中夹岩加固技术,并在实践工程中得到有效验证。中夹岩加固技术主要通过提高围岩力学参数与改变力学状态等发挥加固作用。小导管注浆多适用于低类别围岩;高类别围岩中采用系统锚杆较为合理;水平贯通预应力锚杆及其组合加固方法适用于各类别围岩。