基于Mohr-Coulomb准则的排水隧洞围岩稳定性有元分析

介绍了3D-σ三维弹塑性有限元法用于评价排水隧洞稳定性的基本方法,该软件可以模拟包括锚杆和锚索在内的锚固结构的空间图形、应力和变形情况,并能显示结构变形以及失效破坏区的分布.最后结合工程实例分析,对锚固支护方式等因素进行了数值模拟.工程实践表明,围岩应力状态是支护设计的依据,而适时支护是非常重要的,选择在围岩尚未丧失其抗载能力的时刻及时进行衬砌支护,这对确保围岩稳定和支护安全具有重要意义.     

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。     

数值流形方法中的锚固支护模拟及初步应用

针对岩土工程中的锚固支护,研究了数值流形方法中锚固支护模拟问题。在原数值流形方法源程序基础上开发了锚固支护模块,并用算例验证了其合理性。运用该方法对某层状结构岩体中的地下洞室围岩开挖变形问题进行了研究。结果表明,数值流形法在层状结构岩体地下洞室开挖时,能反映围岩中软弱层面两侧岩体的不连续错动特征;锚固支护后,围岩位移分布趋向均匀,位移量有所减少,软弱层面两侧岩体的非连续错动变形量减小效果显著。     

STUDY OF DOUBLE-CABLE-TRUSS CONTROLLING SYSTEM FOR LARGE SECTION COAL ROADWAY OF DEEP MINE AND ITS PRACTICE

 针对深井大断面煤巷围岩支护过程中出现的顶帮大变形控制难题,综合现场调研、数值模拟、理论分析、井下试验及现场实测,分析围岩变形破坏特征,提出高应力大断面巷道围岩控制系统--双锚索桁架,并对其组成结构、控制机制、支护优越性、应力场分布特征、关键支护参数等进行系统化研究,得出：(1) 深井大断面煤巷围岩变形特征为：移近量大、敏感系数高、变形具有持续性及破坏针对性强;(2) 新型双锚索桁架控制系统在巷道围岩中形成厚承载层和梯次锚固体结构,提高锚固岩层抗拉(剪)强度,保障巷道围岩和支护结构的稳定性;(3) 模拟得出双锚索桁架在岩层中形成垂直顶板(帮)均匀预应力带,预应力分散度低,影响范围集中于锚索锚固点区域3～5 m处;(4) 详细介绍井下运用双锚索桁架控制系统的一典型深井大断面煤巷成功实例。研究成果在邢东矿区获得全面应用,对类似条件工程的支护技术具有一定的理论意义和实用价值。     

双洞市政原位扩建隧道硬岩段扩挖方案比选研究

文章依托福马路扩能改造项目中马尾隧道原位扩建段硬岩段工程,对分部台阶法和上、下台阶法两种施工方法进行了精细化的数值模拟,对模拟完成后的围岩变形、围岩应力以及支护结构应力进行了对比研究。研究结果表明:分部台阶法较上、下台阶法的围岩变形要小,而围岩应力则较大,支护结构的应力差异较小。现场对于上、下台阶法施工的区段进行支护结构内力的监测表明,结构的内力数值较小,安全性较高。在马尾隧道扩建工程中采用上、下台阶法,支护结构安全性满足要求,能加快施工进度,具有显著的社会及经济效益,今后在类似工程中可供借鉴和参考。     

弹塑性围岩砂浆锚杆支护问题的估算法

本文从现场量测资料出发,拟定锚杆应变深度曲线的数学模型,据此求解锚杆的应力与位移。将锚杆对围岩的反力简化为轴对称径向体积力,根据莫尔-库仑屈服条件求解锚固区径向应力。将锚固区视为承载结构,按照传统支护的围岩变形公式确定锚杆支护的围岩变形。以轴对称解为基础,考虑围岩的周向非均匀变形,从锚杆与其轴线处围岩的应力应变关系入手,建立锚杆与围岩的变形协调条件,提出了求解砂浆锚杆支护问题的基本方程。     

华莲西路小净距隧道双侧壁导坑法动态开挖数值模拟分析

以大断面小净距隧道华莲西路隧道为背景,采用ANSYS有限元程序对该隧道Ⅴ级围岩双侧壁导坑法施工的力学行为进行全过程数值模拟研究。根据模拟结果,对围岩变形、围岩塑性区、衬砌应力及支护结构受力进行研究分析,研究结果表明大断面小净距隧道复杂地层条件下Ⅳ、Ⅴ级围岩段采用现有的施工工艺和支护参数是可行的,围岩变形可控,支护效果显著。同时给出了华莲西路隧道设计和施工的关键点,具有重要的工程意义和现实意义。研究成果可为日后类似工程的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。     

引水隧洞复合支护钢拱架变形特性及围岩稳定性研究

为研究复合支护中钢拱架变形特性和力学机制,优化支护参数,保证引水洞室的稳定性,在对支护结构进行力学分析的基础上,采用数值计算方法对山西引水工程中施工支洞进行了仿真模拟。基于复合支护力学作用机制的研究,分析钢拱架在初期支护中的应力及变形特性,并结合工程实例研究复合支护中钢拱架、钢筋网以及喷层所分担的围岩压力比例。数值计算表明:与普通的喷锚支护相比,有钢拱架的复合支护体系能够对围岩变形提供直接支护力,使围岩初期变形和塑性区范围大大减小,有利于围岩承载拱的形成并发挥其自身承载能力,同时其他各支护材料的变形和应力也有较大程度的降低,是洞室破碎围岩支护的有效手段之一。研究成果为山西省中部引黄工程引水洞支护设计提供了理论依据,对同类工程也具有借鉴和指导意义。     

引水隧洞复合支护钢拱架变形特性及围岩稳定性研究

 为研究复合支护中钢拱架变形特性和力学机制,优化支护参数,保证引水洞室的稳定性,在对支护结构进行力学分析的基础上,采用数值计算方法对山西引水工程中施工支洞进行了仿真模拟。基于复合支护力学作用机制的研究,分析钢拱架在初期支护中的应力及变形特性,并结合工程实例研究复合支护中钢拱架、钢筋网以及喷层所分担的围岩压力比例。数值计算表明：与普通的喷锚支护相比,有钢拱架的复合支护体系能够对围岩变形提供直接支护力,使围岩初期变形和塑性区范围大大减小,有利于围岩承载拱的形成并发挥其自身承载能力,同时其他各支护材料的变形和应力也有较大程度的降低,是洞室破碎围岩支护的有效手段之一。研究成果为山西省中部引黄工程引水洞支护设计提供了理论依据,对同类工程也具有借鉴和指导意义。     

基于FLAC3D的巷道分步开挖支护稳定性模拟研究

针对陈四楼煤矿-850m深部软岩巷道,为研究巷道开挖时和支护后围岩稳定性,本文基于巷道围岩支护理论,采用FLAC~(3D)对巷道围岩进行模拟,锚杆加喷浆支护的方式,提高锚固岩体的稳定性,并对锚喷支护前后的围岩应力和位移变化进行分析。研究表明支护后围岩塑性区范围减小幅度在20%～30%,且最大应力值下降10. 88%;有支护下的围岩位移变形量仅为未支护时围岩位移变形的5. 9%;发现第二次支护对第一次支护具有加固作用,且随着开挖深度及长度的增加,支护体最大应力值和位移值均有所增加。研究工作可为相似深部软岩巷道支护工作提供依据。     

玛河隧洞围岩与衬砌结构的应力位移分析

对玛河隧洞围岩及支护系统进行了三维非线性数值模拟,对工程典型断面在不同工况下的围岩变形和应力分布进行了模拟分析。结果表明:隧洞开挖后,围岩出现了不同程度的应力重分布,洞室四周出现明显的塑性区;而最大变形一般出现在左、右侧墙的上部附近。衬砌支护后,围岩位移减小,塑性区范围也明显减小,隧洞围岩整体处于稳定状态。     

深部高侧压巷道围岩失稳机理及控制对策

针对金川矿山958中段出现的巷道破坏现象,运用理论分析、力学推导、数值计算、工程试验等方法,模拟不同侧压下巷道围岩变形过程,揭示围岩失稳机制及支护失效机理,探究高侧压巷道稳定控制对策,提出“拱梁联合支护”方案,完善锚固作用下“围岩承压拱”计算模式,构建“底板—桁架梁”力学模型,并通过解析微分控制方程进行支护参数反演。调查研究表明,巷道顶底板变形比重与侧压系数?呈非线性正相关,围岩受力状态及位移形变随?变化;高水平构造应力、骤变部位集中应力是低相对强度围岩失稳和高关联度支护体失效的主要诱因;兼顾局部和整体强度关系、改善不良应力状态、增强围岩承载能力为高侧压巷道稳定性控制的关键;锚杆应力维体与围岩相互作用形成承压拱可分消应力作用;底板桁架梁横撑底脚,减弱两帮向内收敛挤压趋势。监测结果显示,巷道变形速率减缓和变形幅度降低,整体稳定得到控制。     

爆破参数对隧道近区支护结构的影响

为了研究爆破对隧道近区支护结构的影响,以高速公路隧道为工程背景,通过监测围岩压力和隧道变形来反映爆破对支护时机的影响,利用应力释放法通过数值计算对隧道开挖过程以及支护情况进行仿真模拟。     

锚固支护深部巷道爆破开挖模型试验研究EI北大核心CSCD

为研究锚固支护对钻爆法施工深部巷道围岩分区破裂的影响,采用深部巷道围岩破裂机制与支护技术模拟试验装置,开展高轴地应力条件下锚固支护深部巷道爆破开挖三维相似物理模型试验。爆破开挖、轴向超载完毕,模型巷道洞周围岩径向拉应变和径向压应力均呈现出波峰与波谷的波浪变化,与未支护模型巷道洞周径向拉应变变化规律相似,表明锚固支护模型巷道依然存在分区破裂的趋势。与未支护模型试验结果对比,锚杆和锚索联合支护的模型巷道在锚固支护部位未出现分区破裂现象,分析得出锚杆和锚索的联合作用可实现围岩应力的转移和重分布。研究结果表明,锚固支护对抑制深部巷道分区破裂具有重要的作用。     

三台阶七步开挖法黄土铁路隧道围岩变形规律研究

三台阶七步开挖工法运用在大断面黄土隧道开挖,具有较好的效果,研究各个开挖步中围岩的变形与受力,对隧道施工过程中的安全、支护措施和质量控制以及施工结束后对结构内力的影响,具有重要的工程应用意义。以太兴铁路二标段向阳村大断面黄土铁路隧道Ⅴ级围岩加强段工程为背景,采用断面预埋压力计、应变计等监测仪器对围岩压力及钢拱架变形进行动态监测,掌握围岩的变形特性;同时利用有限差分软件,模拟七步开挖工法开挖过程,并用壳结构单元模拟初期支护,分析得出不同开挖步下围岩的塑性区、位移、应力以及初期支护的内力变化。结合数值计算和现场试验采集的数据,从而确定开挖过程中围岩变形规律和支护受力分布特征。     

全长锚固技术在深井软岩巷道支护中应用研究

以淮南矿区丁集煤矿某采区轨道大巷穿越应力集中区为例进行巷道支护设计研究。针对轨道大巷所处地质条件,采用工程类比法和数值模拟优化法选取巷道最佳支护参数。通过对比选用全长锚固+锚索支护的方式,并结合巷道围岩变形观测表明,巷道支护整体性较好,围岩变形量较小,较好地解决了轨道大巷穿越应力集中区的巷道大变形问题,为工程的施工和设计提供了一定的参考意义。     

动载作用下圆形巷道锚杆支护结构破坏机理研究

将冲击应力波进行合理简化,建立平面P波与圆形锚固巷道相互作用简化模型。结合算例,通过分析深部围岩径向应力、巷道表面切向应力、巷道表面径向位移以及深部围岩与巷道表面径向位移差等代表性指标,确定了重点支护位置,推导了重点支护位置的锚杆受力机制并提出了相应破坏类型及判据。结果表明:迎波侧与侧向位置是重点支护位置。迎波侧锚杆总应力是静载轴应力、锚杆振动的动应力和动载下围岩变形引起的附加应力的叠加,强冲击下迎波侧支护结构的破坏类型为单次瞬间摧垮破坏,围岩受压破裂,锚杆松动失去加固作用;循环弱冲击下的破坏类型为循环累积损伤破坏,受压围岩逐渐损伤致裂,锚杆反复受压、受拉直至松动,这进一步加剧围岩的损伤破裂,当承载拱强度降低到一定值后,一次小冲击就能诱发巷道冲击破坏。侧向位置锚杆总应力是静载轴应力、动载下围岩变形引起的附加应力的叠加,锚杆始终受拉,在强冲击下可能发生拉断破坏。通过相似模拟试验,较好地验证了理论分析结果,表明理论分析结果对工程实践具有一定的指导意义。     

锚固支护深部巷道爆破开挖模型试验研究

 为研究锚固支护对钻爆法施工深部巷道围岩分区破裂的影响,采用深部巷道围岩破裂机制与支护技术模拟试验装置,开展高轴地应力条件下锚固支护深部巷道爆破开挖三维相似物理模型试验。爆破开挖、轴向超载完毕,模型巷道洞周围岩径向拉应变和径向压应力均呈现出波峰与波谷的波浪变化,与未支护模型巷道洞周径向拉应变变化规律相似,表明锚固支护模型巷道依然存在分区破裂的趋势。与未支护模型试验结果对比,锚杆和锚索联合支护的模型巷道在锚固支护部位未出现分区破裂现象,分析得出锚杆和锚索的联合作用可实现围岩应力的转移和重分布。研究结果表明,锚固支护对抑制深部巷道分区破裂具有重要的作用。     

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     

支护反力变化条件下轴对称圆巷围岩蠕变变形计算方法

为了寻求能体现轴对称圆巷支护结构的被动支护反力连续变化的蠕变求解方法,在被动支护反力恒定条件下的求解公式的基础上,考虑到围岩的蠕变变形是一个连续变化的过程,提出被动支护反力连续变化条件下的迭代算法,并应用该迭代算法对工程实例围岩蠕变变形进行计算分析。计算结果表明:围岩的蠕变变形对原岩应力的大小很敏感;在支护刚度一定的条件下,支护反力的增加速率对原岩应力的大小很敏感;地应力较大条件下支护结构提供的支护反力对围岩蠕变变形的控制作用甚微。