地下工程平衡稳定理论

地下工程建设的核心,就是围岩与支护共同作用在任何状态或过程都要达到稳定平衡,确保地下工程"基本维持围岩原始状态".地下工程平衡稳定理论体系是用于实现这一目标的关键.平衡稳定理论,是理论体系的核心;减小对围岩原始结构扰动的地下工程开挖能量最小原理、对具有稳定性缺陷围岩及时支护的强预支护理论、减小连拱隧道与小净距隧道开挖相...     

地下洞室工程锚固机理研究

针对我国目前地下工程建设发展急需的问题,分析了地下洞室支护结构的类型,研究了各种支护类型的锚固机理,通过正确认识各种锚固方式的作用机理,来指导地下工程建设实践,对地下洞室建设和运营过程中的安全具有重要意义.     

地下工程锚固技术分析

锚固技术能充分发挥岩土能量,利用和提高岩土的自身强度和自稳能力,可以有效控制岩土体及工程结构物的变形.针对我国目前地下工程建设发展急需的问题,分析了地下洞室支护结构的类型,探讨了各种支护类型的锚固机理,通过正确认识各种锚固方式的作用机理,来指导地下工程建设实践,确保地下洞室建设和运营过程中的施工安全与工程稳定,具有显著的经济效益和社会效益.     

某水利枢纽地下厂房不同锚固方案围岩稳定性对比分析

岩石锚杆作为地下工程的主要支护构件之一,对地下工程的稳定性起着重要的作用,同时,在地下工程的投资中占有相当大的比重.因此,合理的锚固方案对地下工程的安全性和经济性有着重要意义.采用弹塑性模型,设计3种锚固方案对某水利枢纽地下厂房进行了有限元计算,对锚固体的力学效应采用等效方法,对比分析了各锚固方案的计算结果.     

基于时效变形的脆性围岩最优支护时机研究

现代地下工程支护结构设计的基本指导思想是按照"新奥法"原理,强调通过适时加固围岩,使得围岩成为承载结构的主体。但是对于支护时机的掌握,目前仍然缺乏可靠的理论和公式的指导,只能根据现场监测信息和经验判断来确定。提出脆性围岩的"适时支护",是指在围岩达到弹性极限应变而破坏之前进行支护,即在时效变形作用下,围岩应力处于本构关系弹性段后段,但是还没有进入软化的非稳定段。基于这一思想以及地下工程时效变形特征,提出了最优支护时机的近似计算公式。研究表明:最优支护时机与围岩收敛时间、围岩强度应力比、开挖后应力以及支护围压相关。由于围岩应力处处不同,可以由公式计算得到顶拱、边墙等不同部位的最优支护时机,从而指导支护设计。研究对长期困扰地下工程界的脆性围岩最优支护时机问题提出了一种理论方法。     

围岩——支护作用机制评述及其流变变形机制概念模型的建立与分析

岩石地下工程支护理论的核心问题是围岩-支护相互作用机制.首先,分析卡斯特纳方程和围岩-支护作用机制存在的缺陷和错误,包括:(1)模型对支护反力的产生及其支护时机、加载路径等力学处理不具有工程实际意义.(2)由卡氏方程和弹塑性公式推导的围岩特性曲线在工程实际中不存在,因此也不存在与支护结构的支护特性曲线相交的可能性.(3)将围岩特性曲线和支护特性曲线相交求解围岩-支护相互作用的平衡点存在概念及逻辑上的错误.然后,建立基于流变变形的围岩-支护相互作用机制的概念模型.最后,应用流变机制概念模型对工程实例进行计算,推演围岩与支护的相互作用过程,从理论上证实混凝土结构在一定条件下支护软岩巷道是可以的.提出的流变机制概念模型,既可以对围岩-支护相互作用给出定性解释,也可以应用于岩石地下工程的设计,理论基础可靠,能够应用于工程实践.     

隧道预应力锚杆锚固结构承载效应及围岩力学分析

隧道中锚杆与围岩作用机理比较复杂，设计多偏于类比法和经验法，以锚杆在连续均匀地层中形成锚固结构为出发点，建立锚固结构承载强度表达式，并确定锚杆设计参数。通过对锚固结构承载特性分析，得到各影响因素对承载强度的贡献程度，在此基础上提出了“支护力放大系数”和“锚固界限强度”概念，再将锚固结构整体考虑并等效成支护力对隧道围岩应力分布、塑性区、位移进行重新求解，最终结合数值模拟和算例验证。研究结果表明：锚固结构对锚杆支护力具有放大作用，对隧道深部围岩也提供一个较强的支护力，锚固结构强度影响程度由大到小依次为力学参数、锚固厚度、支护强度，其中力学参数对锚固承载强度起着至关重要作用，合理锚固厚度为洞径的0.4～0.8倍，进一步提出了围岩稳定性控制原则。数值模拟中锚杆支护、等效力支护与理论结果加以比较，隧道周边的塑性区、应力分布、位移基本一致，可为锚杆支护下隧道围岩控制提供一种科学的分析方法。     

巷道围岩变形破坏过程中锚固力的变化规律

运用真三轴试验台，实现了锚杆支护大比例（１：４）模型试验。试验中反映出锚杆支护的围岩从开挖至失稳的全过程，即锚固围岩碎胀变形、锚固范围以外围岩碎胀变形及围岩失稳三个阶段。掌握了相应于各阶段锚固力上升、稳定、下降的变化规律，为设计锚杆支护提供了重要依据。提出可用锚杆载荷迅速下降作为围岩失稳的预警指标。     

深井三软煤巷锚杆支护技术研究

深井三软煤巷是地压大围岩变形剧烈的一类极难维护回采巷道。分析该类巷道围岩的层状赋存特点及软弱破碎条件,提出加固帮角控制围岩稳定、高阻让压支护限制围岩变形和强化顶板保证安全的支护原理,并研究了合理的锚杆支护技术和帮顶锚固方式,包括顶板全长树脂锚固锚带网支护与两帮角小孔径加长树脂锚固可拉伸锚杆支护技术。最后介绍一个工程实例     

围岩–支护作用机制评述及其流变变形机制 概念模型的建立与分析

 岩石地下工程支护理论的核心问题是围岩–支护相互作用机制。首先,分析卡斯特纳方程和围岩–支护作用机制存在的缺陷和错误,包括：(1) 模型对支护反力的产生及其支护时机、加载路径等力学处理不具有工程实际意义。(2) 由卡氏方程和弹塑性公式推导的围岩特性曲线在工程实际中不存在,因此也不存在与支护结构的支护特性曲线相交的可能性。(3) 将围岩特性曲线和支护特性曲线相交求解围岩–支护相互作用的平衡点存在概念及逻辑上的错误。然后,建立基于流变变形的围岩–支护相互作用机制的概念模型。最后,应用流变机制概念模型对工程实例进行计算,推演围岩与支护的相互作用过程,从理论上证实混凝土结构在一定条件下支护软岩巷道是可以的。提出的流变机制概念模型,既可以对围岩–支护相互作用给出定性解释,也可以应用于岩石地下工程的设计,理论基础可靠,能够应用于工程实践。     

深部软弱围岩叠加拱承载体强度理论及应用研究

 目前,长锚索与锚喷网支护相结合的支护方式在深部软弱围岩中已经得到了广泛应用,但是对于这种联合支护结构的承载特点缺乏深入了解,特别是对于初次支护和二次支护的承载能力没有量化解析式。因此,在岩石力学理论的基础上,针对深部软弱围岩的“锚喷网+锚索”联合支护特点,提出由主压缩拱(锚杆支护)和次压缩拱(密集型锚索支护)共同构成的叠加拱承载体力学模型;根据弹塑性理论、锚杆的中性点理论和锚索的力传递机制推导初次支护和适当让压后二次支护的承载体强度方程;并将“围岩–支护结构”组成的共同体看作一种等效耦合围岩,运用弹塑性力学方法得到这种等效耦合围岩的力学参数随释放位移(让压位移)变化的关系式。工程计算表明,金川III矿区破碎硐室经叠加拱支护后,极限承载能力 可达到513.34 kN,等效耦合岩体 值可达到47.54°, 最大值为1.37 MPa,提高围岩的峰后强度,有利于硐室围岩的长期稳定;现场监测也表明,进行叠加拱承载体支护后的硐室围岩变形趋于平稳,收敛速率小于0.1 mm/d。     

浅析隧道工程支护理论研究现状

对隧道现在通行的两大支护理论即“岩承理论”和“松弛荷载理论”的原理及要点进行了详细的分析，得出了不同支护理论有不同的适用范围，即不同的围岩级别在开挖和施工时应以不同的支护理论为基础，这样做到合理开挖和支护。     

地下洞室隐式锚杆柱单元的三维弹塑性有限元分析

本义根据地下洞室锚杆与围岩固结联合作用机理,提出了一种锚杆与其周围固结岩体组合形成的隐式锚杆柱单元。因为该单元隐埋在岩体有限单元中,因此有限元网络划分不受锚杆布置的影响,便于不同布锚方式的研究计算,大大加快了锚杆有限元计算的速度。对某地下工程实例的分析,证明这种计算模式充分反映了锚杆支护对于围岩稳定的支护效应。     

坝陵河大桥西锚洞岩溶围岩分级

 坝陵河大桥隧道锚洞工程周边围岩的岩溶较发育,勘察设计阶段确定其围岩级别为II～IV级。根据实际开挖所揭露的岩溶状况,需要调整超前支护和初期支护参数,以保证锚洞施工安全。在岩溶地质预报和一般地下工程岩体质量分级基础上,专门针对围岩为不同岩溶发育状态的岩体进行质量分级修正,建立锚洞岩溶围岩分级的物理模型和数学模型。根据岩体波速测试、岩体抗压强度以及岩溶发育程度修正系数等参数的确定,计算锚洞岩溶围岩级别主要为V级。事实上,在整个锚洞施工过程中,均采用超前小导管、超前锚杆、型钢拱架、挂网及喷射混凝土等强支护措施,锚洞开挖采用台阶法分步开挖。锚洞开挖完毕后对周边的破碎岩体及溶洞进行了注浆加固处理,也就是说,锚洞施工的超前支护和初期支护参数实际均按照V级围岩实施。实践表明,本工程岩溶围岩分级是合理的,对其他同类工程可提供借鉴。     

深部厚顶煤巷道让压型锚索箱梁支护系统现场试验对比研究

针对巨野矿区深部高地应力厚顶煤巷道支护特点,以“先抗后让再抗”支护理念为指导,研制高强让压型锚索箱梁(PRABB)支护系统。该系统具有预紧力损失小、定量让压、支护力传递效果好、护表面积大等特点。分别以箱型支护梁和矿用12#工字钢为托梁设计了横梁、纵向单梁和纵向双梁共6种支护系统。以赵楼煤矿深部厚顶煤巷道为工程背景,利用数值试验对其支护效果进行初步分析,并在3302工作面顺槽进行6种支护系统的现场试验对比研究。现场试验结果表明：(1) 相对于原支护方案,6种锚索梁支护系统均能有效控制巷道围岩变形;(2) PRABB支护系统试验段巷道支护效果整体优于工字钢锚索梁方案,前者围岩变形量比后者小15%～25%;(3) 纵向单梁支护系统对巷道围岩的控制效果最好,纵向双梁支护系统次之,横梁支护系统相对较差。根据试验结果对钢梁不同布置方式的围岩控制机制进行分析表明：纵向单梁支护系统可有效控制厚顶煤巷道顶板关键部位的变形,调动围岩自承能力,使巷道变形得到较好控制。在深部厚顶煤巷道支护时,采用PRABB支护系统纵向单梁方案,可达到经济有效控制巷道围岩变形的目的。     

冲洪积-海积阶地基坑支护方案实例分析

冲洪积-海积阶地的基坑属于淤泥质基坑。结合一个住宅工程淤泥质基坑支护案例,介绍了排桩支护方案和放坡喷锚支护方案。排桩支护方案安全可靠,但造价较高;放坡喷锚方案要求周边场地较开阔、基坑开挖深度较浅,同时场地岩土特性和水文条件较有利。根据该基坑工程的开挖深度、周边环境以及特定的淤泥质场地的岩土特征和水文条件选择了放坡喷锚方案。介绍了放坡喷锚施工过程的注意事项如分段开挖、及时硬化和排水、水位和位移观测等。该放坡喷锚方案确保了该工程基坑开挖的顺利进行,也取得了良好的经济效果。     

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。     

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。     

软岩小净距隧道中夹岩柱分区及加固方法研究

中夹岩柱是软岩小净距隧道围岩稳定控制的关键部位。结合具体工程,提出对中夹岩柱进行区域划分,针对软弱围岩,采用二维有限元计算方法,对中夹岩柱预应力锚杆及注浆加固、中岩墙预应力锚杆加固和中夹岩柱不同加固组合方式进行了研究。数值计算结果表明:在中夹岩柱各区加固中,中岩墙加固是最重要的,对其进行加固,可以减小隧道变形,提高围岩稳定性,改善支护结构的力学状态;各种加固方法对于不同级别的围岩其加固效果不同,在软弱围岩中,注浆加固比对拉锚杆或预应力锚杆效果更显著;加固参数应根据围岩级别、净距大小、中夹岩柱加固组合方式等综合确定,围岩越差,净距越小,则注浆参数应提高越大。     

围岩稳定的熵突变理论研究

围岩体力学特性具有高度非线性，可以借助当代非线性科学来研究和预测它的力学行为。应用熵及突变论等非线性科学理论研究岩石非线性稳定问题，揭示了岩体失稳过程和破坏机理，建立了符合实际的岩体破坏分析方法和失稳判据。