隧洞支护效应的探讨

基于弹性理论,对隧洞开挖后和进行喷锚支护后的应力和塑性变形进行分析。运用FLAC 3D模拟了隧道开挖与支护过程中的力学行为,得到隧道在无支护和喷锚支护作用下围岩的塑性及应力变形情况。结果表明,在喷锚支护中,对锚杆施加预应力,其值为当隧道塑性区消失时所需支护力的大小。这种支护提高了围岩的自承能力,使围岩塑性区的扩展在隧道开挖不久就得到有效抑制,能有制止隧道围岩的进一步破坏。     

强膨胀软岩巷道变形特性及控制对策研究

为解决强膨胀软岩巷道支护问题,以红庆梁煤矿强膨胀软岩巷道支护工程为研究对象,通过理论分析和现场调研,分析了强膨胀软岩巷道变形特性.利用MIDAS/GTS建立强膨胀软岩巷道弹塑性数值仿真模型,分析了采用锚网喷架联合支护方案时巷道塑性区范围、应力分布、表面位移以及锚杆和U型钢可缩支架的受力特征.进行现场测试,得到了锚网喷架联合支护方案条件下巷道围岩变形规律.结果表明:采用锚网喷加U型钢可缩支架组成的联合支护体系将有效地提高支护结构整体刚度,增强围岩的自稳能力和自承能力.     

和睦山铁矿采矿进路锚网喷支护参数优化分析

针对大断面采矿进路变形破坏严重、易冒顶等围岩控制难题,提出了全断面锚网喷支护技术方案,采用FLAC3D对支护技术方案围岩控制效果与支护参数进行了优化研究,揭示了不同支护技术方案与支护参数条件下采矿进路围岩稳定演化规律,得到了锚网喷支护结构的最优参数。数值模拟结果表明:随着支护强度提高(锚杆长度增加、间排距减小),采矿进路围岩塑性区破坏深度和位移逐渐减小,采用全断面锚网喷支护技术方案可有效地控制大断面采矿进路围岩的大变形与塑性区扩展,较好的解决了大断面采矿进路支护难题。     

超大断面隧道软弱围岩控制机制及应用

为明确超大断面隧道软弱围岩破坏及控制机制,系统开展交叉中隔墙(center cross diagram, CRD)法和双侧壁导洞开挖方法下超大断面隧道软弱围岩控制机制数值试验,对比分析不同强度等级围岩、不同开挖方法在无支护、锚杆支护、H型钢拱架支护和H型钢拱架+锚杆支护四种支护方式下隧道围岩变形、支护构件受力变化规律,并研究超大断面隧道软弱围岩控制机制。同时对H型钢+锚网喷联合支护方式在超大断面破碎围岩隧道进行了CRD和双侧壁导洞两种开挖方法下的现场试验,拱顶沉降分别稳定在27.2 mm和18.7 mm,很好地控制了围岩变形、保证了现场初期支护安全。     

喷锚支护措施对地下厂房洞室群整体稳定性影响

喷锚支护措施由于其诸多的优点,在地下工程中得到了广泛的应用。以隐式杆单元模拟锚杆,以壳单元模拟混凝土喷层,采用3维非线性有限元技术,分析冗各水电站地下厂房工程中喷锚支护措施的作用。通过计算得到了喷锚支护措施对围岩应力变形及塑性区的影响;利用强度折减法对地下厂房洞室群的整体稳定性进行计算分析,得到无支护措施情况和喷锚支护时洞室整体稳定性,从而评价支护措施对洞室群整体稳定性的影响。通过3维弹塑性有限元计算分析得到:喷锚支护措施可以有效地限制围岩的变形和塑性区的发展,可以在一定程度上改善围岩应力状态,避免应力集中,使洞室群整体稳定安全系数由1.8提高为2.5,有效提高了地下洞室的整体稳定性。     

软岩巷道开挖-支护过程承载结构稳定性分析

为研究软岩圆巷开挖面附近围岩在"锚网喷"支护后围岩力学承载结构的稳定性,依据围岩变形及受力特征,沿巷道径向依次将围岩划分为破裂区、软化区和弹性区,其中,"锚网喷"支护主要作用于破裂区中.基于统一屈服准则、增量型本构关系和软岩力学模型,得到了"围岩-支护"相互作用下的围岩应力和变形解.考虑切向应力和等效剪应力的集中以及围岩强度,将围岩力学承载结构由浅入深依次划分为"弱-主-强"结构.通过算例分析,可知围岩力学承载结构的承载范围和承载位移及其剪切应力,受锚杆支护间排距、软化模量和开挖空间效应等因素的影响.在工程实践中,基于"围岩-支护"力学承载结构理论,设计的"锚网喷注"支护方案能够提高围岩强度、降低软岩巷道变形量,保证了掘巷初期的稳定性.     

特厚煤层全煤扩修巷道的围岩稳定性与合理支护参数研究

针对矿特厚煤层中扩修巷道围岩变形量大、破坏严重及支护效果差等情况,根据巷道围岩松动范围测试结果,通过理论计算得出巷道锚杆支护参数.利用有限差分软件FLAC对其无支护、锚杆支护及锚喷支护进行数值模拟,对巷道围岩的应力特征、位移特征及破坏进行了研究.结果表明,采用锚网喷联合支护方式比较合理,并据此确定了巷道扩修支护参数.     

管片衬砌配合碎石可压缩层与锚杆的支护型式研究

针对深埋地层中修建盾构隧道,特别是围岩表现蠕变特性,研究一种管片衬砌配合压缩层与锚杆的联合支护技术.采用有限差分与离散元的耦合计算方法,进行了管片衬砌壁后注浆、管片衬砌壁后填充碎石可压缩层、管片衬砌配合碎石可压缩层和高强预应力锚杆的支护效果对比研究.从围岩塑性区发展、沉降随时间变化、管片衬砌弯矩和轴力分析了联合支护效果.从碎石可压缩层的压缩变形路径、锚固围岩的位移矢量等角度揭示了联合支护的细观作用机理.研究结果表明:仅采取管片衬砌配合碎石可压缩层的让压支护手段无法维持管片衬砌的长期稳定;联合支护结构型式既可以提高围岩自身承载能力,也能够有效吸收围岩的蠕变变形.联合支护的作用机理由两部分构成:碎石可压缩层的让压作用与高强预应力锚杆加固围岩作用.其中,碎石可压缩层的让压机理主要通过颗粒间相互嵌挤和错动移位作用调减管片衬砌壁后接触力;高强预应力锚杆的加固机理是由锚杆形成的锚固区控制了蠕变变形的过大发展.研究结果对未来盾构工法修建深部高地应力、强蠕变隧道的支护型式设计具有一定参考价值.     

淮南矿区某煤矿巷道支护效果数值模拟

结合淮南矿区的生产实际,将有限差分法软件(FLAC3D)引入到巷道稳定性计算中,对巷道不同厚度混凝土支护、不同根数的喷锚支护进行数值模拟计算,探讨围岩变形机理与支护效果.计算结果表明:随着喷射混凝土厚度的增加,巷道围岩变形呈负指数曲线规律下降,应力集中现象明显减弱;喷锚支护随着锚杆数量的增加,应力集中分布区域及最大位移明显减小.     

深井软岩巷道底板卸压钢丝绳网锚注支护技术研究

针对平顶山天安煤业股份有限公司一矿深井软岩回风上山巷道工程地质条件和围岩变形特征,采用数值计算方法,研究了底板卸压槽卸压前后巷道围岩应力场、塑性区的变化规律,分析了底板卸压槽卸压机理,提出了钢丝绳网锚注支护技术,并进行了工业性试验。研究结果表明:(1)巷道底板开掘卸压槽卸压后,底板围岩垂直应力和水平应力的高应力区及其峰值应力均向底板深部转移。卸压后底板同一深度的围岩应力均小于卸压前的围岩应力;卸压后巷道顶底板和两帮围岩的塑性区范围均增大,底板卸压效果明显。(2)深井巷道围岩的破碎区和部分塑性区是支护的重点。回风上山巷道采取开挖底板卸压槽、钢丝绳网锚杆支护和围岩注浆加固等支护措施后,在围岩中形成了锚注体支护圈,提高了围岩的强度和自身承载能力。巷道围岩经历加速变形阶段、减速变形阶段和稳定变形阶段后,一直处于稳定变形状态。卸压槽+钢丝绳网锚注支护在回风上山巷道的支护试验取得成功,可为深井软岩巷道支护提供参考依据。     

隧道围岩-喷射混凝土界面应力解析

根据喷射混凝土支护隧道围岩的界面力学特点,考虑喷层与围岩结合界面受力和变形协调关系,并结合围岩承载拱效应,建立了围岩一喷层结构的复合曲梁共同承载模型,然后通过各微单元静力平衡推导复合曲梁的径向位移的控制微分方程,得到任意分布荷载作用下喷层与围岩界面应力以及喷层与围岩各自内力的解析式,可迅速获取喷层与围岩结合界面的力学状况,进而判断围岩稳定性与预测安全性,为隧道施工决策提供技术支撑。最后经隧道台阶法开挖的算例研究表明,喷层支护通过其与围岩的结合界面上传递应力使围岩内部形成压应力带,有利于围岩的稳定。     

不同大变形等级下层理角度对层状软岩隧道的影响

为探究不同大变形等级下层理角度对层状软岩隧道的影响,依托九绵高速全线软岩大变形隧道,通过岩石力学试验确定遍布节理模型参数,基于数值模拟,探究不同软岩大变形等级（轻微、中等、强烈）下层理角度对层状软岩大变形隧道围岩及支护体系受力变形的影响,并通过现场统计的层理角度与大变形情况对数值模拟结果进行验证。结果表明：1）层理小角度（0°、15°）与大角度（90°）围岩变形、支护结构受力变形较大,随着大变形等级的增大,层理角度引起的围岩支护变化效果越明显。2）随着层理角度的增大,围岩变形从拱底逐渐转移到右拱腰。围岩变形主要发生在隧道轮廓与层理面相切位置,其中拱底及左拱脚对层理角度变化较敏感。3）初支应力偏向及节理塑性区大致与层理弱面法向一致,随着层理角度的增大,节理的剪切塑性区由拱顶、拱底转移到左拱脚、右拱肩,最终偏移到左右拱腰上下位置;相比初支压应力,初支拉应力对层理角度更敏感,垂直节理增大了张拉剪切破坏塑性区贯通的风险,但剪切破坏塑性区半径反而有可能减小。4）现场的统计规律表现为小角度与大角度大变形等级较高,层理角度为60°以下时,岩层破坏发生在拱腰及拱肩处,随着层理角度的增大,有向拱肩发展的...     

Support technology for mine roadways in extreme weakly cemented strata and its application简

For the engineering geology conditions of bad mine roadway roof and floor lithology in extremely weak cemented strata, the best section shape of the roadway is determined from the study of tunnel surrounding rock displacement, plastic zone and stress distribution in rectangular, circle arch and arch wall sections, respectively. Based on the mining depth and thickness of the coal seam, roadway support technology solutions with different buried depth and thickness of coal seam are proposed. Support schemes are amended and optimized in time through monitoring data of the deformation of roadway, roof separation, I-beam bracket, bolt and anchor cable force to ensure the long-term stability and security of the roadway surrounding rock and support structure. The monitoring results show that mine roadway support schemes for different buried depth and section can be adapted to the characteristics of ground pressure and deformation of the surrounding rock in different depth well, effectively control the roadway surrounding rock deformation and the floor heave and guarantee the safety of construction and basic stability of surrounding rock and support structure.     

深部软岩巷道锚喷支护参数优化设计

采用正交设计方法对望峰岗煤矿巷道锚喷加固方案进行优化,得出加固优化方案,此方案对巷道塑性区、位移都有一定程度的抑制,而且使巷道周边围岩卸荷区所承受的应力有所增高,应力增高区和集中应力区的应力下降,更有利于巷道的稳定,发挥围岩的自承载能力.     

隧洞破碎带围岩失稳破坏模式及控制措施研究

为了解决在隧洞开挖过程中遇到节理带、断层等软弱破碎岩带时,发生大变形、塌方等围岩失稳破坏等问题,需提前或及时做好围岩支护措施,以确保洞室围岩的稳定及施工安全。本文以长河坝水电站泄洪洞工程为研究对象,通过对现场勘测资料、隧洞开挖施工方案及工程地质条件等的综合分析,确定了软弱破碎带围岩稳定的主要影响因素,提出了隧洞破碎带围岩的典型失稳破坏模式。针对隧洞破碎带处围岩的潜在失稳问题,综合采用超前支护、开挖后及时进行喷锚+钢支撑+锚筋束联合支护,并通过有限元手段对隧洞围岩支护方案的加固效果进行了分析。有限元计算结果表明,隧洞破碎带处经及时加强支护后,围岩变形得到有效地控制,避免了洞室围岩失稳破坏现象的发生;现场监测数据及实施效果也表明及时加强支护措施对围岩稳定控制的有效性。     

软岩巷道锚喷支护破坏分析与对策

软岩巷道锚喷支护破坏原因主要有:巷道底板无支护或支护的强度不够,底板流变极易发展,形成了围岩体的流变通道;大部分锚杆支护为低工作阻力值,支护作用没有得到有效发挥;混凝土喷层和围岩体变形不匹配,导致喷层体离层、剪切破坏;钢笆网抵抗破坏和变形的能力弱,降低了网喷层的强度和抗变形能力.采取的支护对策有:底板反拱加强支护,避免局部围岩体的整体移动,实现巷道周边岩体的均匀收敛变形;选用长锚杆,更好地控制巷道围岩的变形;初喷混凝土为厚度20 mm薄喷层,实现初喷层与巷道围岩体的同步变形;用直径4 mm冷拔钢丝编织金属网替代钢笆网,提高网喷层支护体的强度与抗变形能力;二次锚杆支护在复喷混凝土后进行,防止网喷层与围岩体离层现象的发生.     

浅埋软岩段隧道进洞施工变形特征与失稳分析

为研究隧道开挖过程中浅埋软岩段塌方变形特征,对隧道地质情况进行有效辨识,结合隧道施工过程围岩监测数据,并依据地质雷达探测结果建立三维数值模型并进行数值分析。研究结果表明:在隧道开挖阶段,拱底与拱顶位置均出现明显塑性区,伴随掌子面逐渐靠近围岩破碎区域,塑性区范围逐渐扩大并向拱顶右上方及围岩内部转移,破碎区域应力水平较低且位移显著增大,围岩完整性大大降低;不良地质构造是隧道发生塌方大变形的主要原因,降雨和地表水的入渗劣化围岩力学性质加速了隧道灾害的发生。对于隧道五级围岩浅埋段施工,应加强监控量测分析并及时做出预警,对关键部位开展超前地质预报工作。研究结果可以指导隧道塌方灾害的防治,对于实现隧道信息化施工具有借鉴意义。     

Theoretical analysis of a new segmented anchoring style in weakly cemented soft surrounding rock

According to the tensile failure of rock bolt in weakly cemented soft rock, this paper presents a new segmented anchoring style in order to weaken the cumulative effect of anchoring force associated with the large deformation. Firstly, a segmented mechanical model was established in which free and anchoring section of rock bolt were respectively arranged in different deformation zones. Then, stress and displacement in elastic non-anchoring zone, elastic anchoring zone, elastic sticking zone, softening sticking zone and broken zone were derived respectively based on neural theory and tri-linear strain softening constitutive model of soft rock. Results show that the anchoring effect can be characterized by a supporting parameter b. With its increase, the peak value of tangential stress gradually moves to the roadway wall, and the radial stress significantly increases, which means the decrease of equivalent plastic zone and improvement of confining effect provided by anchorage body. When b increases to 0.72, the equivalent plastic zone disappears, and stresses tend to be the elastic solutions. In addition, the anchoring effect on the displacement of surrounding rock can be quantified by a normalization factor δ.