锈蚀对海底隧道锚固支护结构加固性能的影响

根据前人的理论研究及试验成果,基于FLAC3D锚固模型及有限元强度折减思想,探讨了加筋锈蚀对锚固支护结构加固性能劣化的影响.结果表明:随着锚杆锈蚀程度的提高,围岩加锚区变形及围岩塑性区面积增大,其中锈蚀对隧道起拱线处的收敛变形影响明显,位移锈蚀影响度最大可达56.7％;锈蚀降低了锚固注浆体的粘结力和锚杆强度,且锈蚀对锚固注浆体粘结作用劣化的影响大于对锚杆强度劣化的影响,围岩锚杆最大轴应力锈蚀影响度最大为11.6％,锚固注浆体最大剪应力锈蚀影响度最大达18.6％.研究结果可为分析海底隧道锚固支护结构的锈蚀劣化提供一定的参考.     

不同锈蚀度时海底隧道锚固支护结构岩锚相互作用分析

基于长期氯离子侵蚀及干湿交替环境作用,海底隧道锚固支护结构发生锚杆锈蚀,造成支护结构强度工作性能劣化,结合某海底隧道Ⅳ级围岩锚固支护结构设计,基于前人研究理论及试验成果,采用数值分析软件FLAC3D并借鉴有限元强度折减思想,分析不同锈蚀程度下隧道的位移、应力、塑性区等影响规律,探讨锈蚀对锚固支护结构体系中岩锚相互作用的影响。研究结果表明:随着锈蚀度的增加,隧道加锚围岩区的位移增大,塑性区扩展,说明锚杆锈蚀削弱了锚固支护结构的整体支护强度;锈蚀对隧道加锚围岩起拱线处的收敛变形影响明显。锚杆锈蚀降低了锚固支护结构中岩锚相互作用,锈蚀对锚固注浆体的黏结作用的损失影响比对锚杆应力作用的损失影响大。     

基于连续介质模型的海底隧道支护结构受力特征

在含水地层中开挖隧道,地下水的存在一方面会影响隧道周边地层的力学参数,另一方面也会在围岩中产生渗流体积力,进而影响地层的应力和位移.对于埋深较浅而水压力较高的海底隧道而言,支护结构除承受围岩压力外,还要承受很高的水压力.支护结构的受力特征受隧道围岩和支护结构间接触面剪应力、隧道顶板厚度、水深、围岩侧压力系数以及支护结构的厚度和刚度等因素的影响,而经典隧道支护结构内力弹塑性解假设的边界条件与实际情况相差很大.文中阐述了弹性力学应力函数法推导支护结构内力的解析解,并采用数值分析方法研究了海底隧道支护结构的受力特征.通过FLAC3D程序验算了厦门翔安海底隧道Ⅴ级围岩海域段支护结构的内力,比较分析了断面形状对支护结构受力的影响.     

树脂锚杆锚固段剪应力分布及其损伤模式分析

为了分析树脂锚杆锚固段剪应力分布及其承载、损伤机理,提高树脂锚杆支护在煤矿现场应用的有效性,首先根据煤矿树脂锚杆的围岩环境和受力特点,基于集中载荷作用于半无限体表面和无限体内部的弹性力学解得到了树脂锚杆在非锚固段围岩破碎和完整时的锚固段锚固界面剪应力计算式,分析了锚杆杆体拉力在锚固段锚固界面的剪应力形成机理;然后采用FLAC数值模拟软件模拟了树脂锚杆锚固段的承载及变形,得到了树脂锚杆在一定载荷和围压作用下锚固界面塑性发展趋势;最后以混凝土试块模拟围岩,并在混凝土试块预留孔中锚固了树脂锚杆进行实验室拉拔试验,得到了树脂锚杆锚固段剪应力分布及其增加趋势.结果表明,树脂锚杆剪应力开始时呈负指数形态分布,随着锚杆拉应力的增大,锚固起始端剪切破坏剪应力降低,无围压时峰值剪应力迅速向较深部锚固界面移动并锚固失效,有围压时锚固界面在锚固起始端剪切破坏后仍有较大的锚杆拉应力发展范围.     

塑料胀壳式注浆锚杆设计及机理

塑料胀壳式注浆锚杆是针对松软围岩巷道中锚杆支护出现的锚固作用不够、漏顶、片帮等诸多问题而研制的·通过对锚杆杆体及围岩的受力分析,利用ANSYS有限元进行数值模拟,与国内外其他注浆锚杆进行比较,得到了塑料胀壳式注浆锚杆的锚固力是端锚锚杆锚固力与全长浆体粘结锚固力叠加的结果·其具有锚固力大,成拱作用范围大,安装方便,止浆密封可靠,经济合理等优点·塑料胀壳式注浆锚杆主要适用于锚固加固松软围岩,防止漏风,避免发火,堵水等     

喷锚初期支护——围岩稳定性强度折减有限元分析(英文)

岩石隧道施工阶段具喷锚初期支护的围岩稳定性评价对隧道施工安全是非常重要的。根据一施工中的岩石隧道Ⅳ级围岩地段地质条件为基础,选用ABAQUS程序双曲线型D-P材料模型为岩土体破坏准则,建立了考虑喷射混凝土与岩体之间,锚杆与岩体之间相互作用的3-D有限元计算模型,以此模型利用强度折减技术研究了具锚喷初期支护的围岩稳定性安全系数。分析表明采用所提出的极限状态确定具喷锚支护的围岩稳定性安全系数是合理的。     

深井岩巷分步联合支护技术应用

通过现场调查、实验室试验、理论分析及现场监测等手段,得出了高应力巷道围岩的蠕变及支护方式的不合理是导致曲江矿大巷围岩失稳的主要原因,并提出了锚梁网喷一次支护,帮锚、注浆二次支护的分步联合支护方案.结合现场对巷道两帮收敛速率的监测,确定了锚索支护的合理时机.现场实践表明:金属网,梁及喷层的护表作用能加强锚杆支护对围岩应力的改善,并使围岩应力得到一定程度的释放;锚杆锚索支护有效结合形成的叠加拱承载结构在很大程度上提高了围岩的自我承载能力,且底角锚索可以有效地切断塑性滑移线,起到很好控制底鼓的作用;注浆能够提高围岩的残余强度,修复和加固围岩.分步联合支护技术能使各支护在时间及空间上实现有效的结合,并成功应用于曲江矿东大巷支护.     

基于载荷传递机理的注浆岩石锚杆锚固模型(Ⅰ)

为了进一步研究隧洞等地下工程中锚杆支护锚固机理,根据微段锚杆的受力平衡以及载荷传递机理建立了锚杆的载荷传递微分方程,同时根据隧道围岩安装锚杆前后的应变变形建立了锚杆的轴向载荷的传递方程,结合圆形隧洞围岩的径向变形方程,推导了理想弹塑性围岩中注浆岩石锚杆的轴向应力的计算模型,以及锚固段与围岩体界面之间的摩阻力的计算模型.通过对比工程实测结果与模型计算结果,验证了所建立的模型的正确性,同时也验证了巷道锚杆支护中性点理论的合理性与正确性.     

冲击载荷作用下端锚锚杆动态力学性能模拟研究

为研究端锚锚杆在冲击载荷作用下的动力响应,采用ABAQUS/Explicit软件对锚杆开展动态冲击数值模拟试验,分析不同冲击能量条件下端锚锚杆的抗冲击力学性能。研究结果表明:随着冲击能量的增大,锚杆最大冲击力和伸长率逐渐提高,锚杆全过程动力响应时间也相应增加;在冲击载荷作用下,锚杆自由端受力存在一个传递过程,即冲击瞬间靠近冲击位置的自由端杆体先受力,然后逐渐向靠近锚固端一侧传递,之后锚杆受力逐渐调整,最终趋于稳定;锚杆锚固端轴应力和剪应力分布可划分为冲击初期、中期、末期三个阶段,当冲击能量增大时,锚固端轴应力和峰值剪应力逐渐增大,锚杆更容易进入塑性屈服状态,杆体与锚固剂界面破坏也越严重。     

加筋锈蚀膨胀诱导深埋地下工程锚固结构起裂模式分析

基于弹性理论和最大拉应力破坏准则假定,结合深埋地下工程锚固结构系统施工工序和锚杆锈胀临界过程分析,简化深埋地下工程锚固结构加筋锈胀力学模型,得到不同应力作用下锚固结构系统不同起裂模式的弹性判据.研究结果表明:砂浆和围岩的开裂顺序取决于它们的材料参数、地应力、砂浆握裹层的厚度；不考虑地应力影响时不同介质起裂条件与考虑地应力影响情况(K=3或K=1/3时)的起裂条件相同.并由工程算例分析可知,在不同应力组合下,存在3种不同的起裂模式.研究结果可为分析深埋地下工程结构锚固系统的力学性能劣化机理及深埋地下工程支护结构设计提供有益的参考.     

锚杆支护对围岩稳定作用的弹塑性力学计算与应用

从弹塑性力学计算出发，用锚杆两端对围岩体内锚固区施加的两组夹紧力来考虑锚杆支护对巷道围岩应力状态改变的影响；而描述锚固围岩体力学性质的粘结力和内摩擦角并未改变，建立了锚杆支护对围岩稳定作用的弹塑性力学模型。通过计算，得到了不同锚杆支护强度和锚固区半径下的围岩应力及塑性区半径的理论计算公式；分析了锚杆支护巷道的围岩应力分布及塑性区变化趋势。并在井下巷道的锚杆支护参数选定中进行了实际应用，锚杆支护弹塑性力学计算的解析解在理论上为锚杆麦护的董化设计提供了依据．     

涨壳式预应力中空锚杆锚固效果及其支护参数优化

为探究隧道岩爆地段涨壳式预应力中空锚杆的锚固效果及其支护能力,依托中兰(中卫—兰州)铁路香山隧道工程,利用现场锚固试验,对比分析了涨壳式锚固和其他锚固形式在岩爆隧道中的锚固效果,同时采用有限元数值分析软件MIDAS/GTS NX,分析不同工况下的隧道围岩压力、围岩变形及锚杆轴力对围岩稳定性的影响,进而提出了涨壳式预应力中空锚杆优化后的支护参数,并基于现场实测数据,对涨壳式预应力中空锚杆与普通砂浆锚杆的现场应用效果进行评价。研究结果表明：相对于树脂锚固、水泥药卷以及水泥砂浆锚固形式,涨壳式锚固以其最大的锚固力、支护及时性以及较强的耐久性能,成为本次试验的最优锚固形式,并且能够满足岩爆隧道快速预应力锚固形式施加要求;涨壳式预应力中空锚杆支护参数对围岩稳定性的影响程度从大到小依次为锚杆间距、锚杆长度、预应力、锚杆直径,且直径25 mm、间距1.2 m、施加预应力80 kN、长度3.5 m为香山隧道岩爆段涨壳式预应力中空锚杆支护参数的最优组合;相比于普通砂浆锚杆,现场采用涨壳式预应力中空锚杆后,隧道拱顶沉降和水平收敛S1、S2线变形量减小了57.1%、61.9%和64.4%,收敛时间提前了3～...     

深井软弱围岩联合控制技术及耦合叠加拱承载效应研究

为有效解决深井软弱围岩巷道稳定控制技术难题,以淮南某矿-962 m轨道大巷为工程背景,依据软岩应力-应变曲线及围岩应力变化和强度之间的关系,建立圆形巷道围岩破坏分区力学模型,将开挖后的巷道由表及里依次划分为残余区、塑性软化区、塑性硬化区及弹性区,以阐明锚杆(索)锚固系统变形失稳机制,并提出深井软弱围岩的控制要点及关键技术。在此基础上,提出高预应力支护构件遏制残余区扩展、有效的支护承载区发挥围岩承载能力、极大提高软弱围岩承载强度及完整性、薄弱部位补强支护形成完整承载圈等4个围岩控制要点,进而提出“以高强预应力锚杆(索)为核心,浅、深孔分次注浆为基础,底角与底板锚注加固为关键”的全断面强化联合控制方案。结合支护方案特点提出实现内、外承载的“耦合叠加承载拱”结构。该耦合承载拱将支护体与围岩的相互作用和所提供的径向支护力相统一,对锚杆(索)支护阻力具有显著的放大作用。研究结果表明：围岩残余范围随硬化系数、软化系数、支护阻力及内聚力和内摩擦角的增大而减小,随扩容系数的增大而增大,而残余区、塑性软化区、塑性硬化区的边界发生渐进式扩展变换是导致围岩大规模破碎和锚杆(索)锚固失效根本原因。通过工程计算...     

基于软岩流变特性的“围岩-锚杆”系统稳定性模拟研究

针对新河煤矿-760 m软岩巷道变形大且持久的特点,采用三维数值模拟方法,分析了软岩巷道的流变特性对“围岩-锚杆”系统的影响,研究了流变软岩巷道围岩位移以及锚杆受力的发展变化特征.研究结果表明：锚杆轴应力与剪应力符合中性点理论,并且岩体弹性模量越小,锚杆剪应力越小,分布范围越大、越均匀,岩体弹性模量越大,剪应力越大,其作用范围越小、越集中,并且围岩位移会随着岩体弹性模量的减小而增大,即岩体越软,围岩位移越大.但通过锚注加固作用,该类软岩巷道围岩位移都得到了有效的控制,锚杆剪应力的分布特征研究为锚杆锚固形式在不同强度岩体中的选择提供了依据.     

基于特征线法的锚杆(索)锚固质量应力波检测方法

将由锚杆(索)和外围注浆体组成的锚固体等效成一维弹性杆件,采用应力波特征线法,并根据应力波在突变断面处的入射、反射和透射关系以及初始与边界条件,得到应力波传播过程中的应力和速度。通过计算锚固体的复合弹性模量和质量密度以获得应力波在其传播的波速,并按传播时间的对数螺旋衰减规律对求得的应力波应力和速度进行修正。考虑均匀断面全长注浆型、存在自由段非全长注浆型和存在缺陷段全长注浆型这3种锚固体,及由端头发射端头接收和底端发射端头接收2种应力波信号处理方式,得到简便判断锚固体断面变化处位置和锚杆(索)长度所需的脉冲信号时间,并推导出由锚固体断面变化处和底端反射(或透射)回的应力波的速度计算公式。在算例中,研究脉冲信号时间、应力波衰减系数、外围注浆体的混凝土强度等级、锚杆(索)自由段和锚固段交界面位置及缺陷段注浆饱满度对应力波法检测锚固体质量的影响,同时,分析实测锚杆(索)长度误差影响因素。研究结果表明:满足简便判断锚固体质量的脉冲信号时间范围很小;锚固体外围注浆体的混凝土强度等级对端头接收到的应力波的速度信号影响较小;锚固体断面变化处仅对由该位置反射回的应力波的速度信号有一定影响;缺陷段的饱满度越低,经缺陷段和锚固段交界面处反射后在端头接收到的应力波的速度信号越强,而由底端反射(或透射)回的应力波的速度信号越弱;缺陷段的饱满度对实测锚杆(索)的长度影响较大。     

动力扰动下既有隧道的动态响应及衬砌影响分析

基于现场监测数据,利用FLAC3D研究了拱桥铺隧道在动力扰动下的动态响应及衬砌产生的影响.研究结果表明:底部动载下,相对于无衬砌隧道,有衬砌隧道能改变除拱底外其它测点的运动方向,防止隧道内陷并能够有效减少隧道锚固壁位移;隧道锚固壁4个测点均承受压应力,且无衬砌支护时压应力值远小于有衬砌时,前者围岩表现更为"松散";有衬砌支护隧道拱肩处锚杆轴力出现中性点,而无衬砌支护时锚杆均为受拉,后者锚杆轴力峰值位置更靠近锚固壁,衬砌能有效分担围岩荷载并减小锚杆负载;有衬砌时锚杆轴力相对增速快且振幅大,而无衬砌支护隧道在应力波冲击后,锚杆轴力相对增速慢且振幅小,即衬砌能通过动态调整协助锚杆承担动荷载.     

深部高应力软岩巷道注浆时机优化分析

基于支护-围岩共同作用原理分析,揭示朱集西煤矿深部高应力软岩巷道围岩收敛变形与支护强度及围岩自承力的变化关系,获得巷道围岩位移与支护强度的关系曲线。采用FLAC3D内嵌的Fish语言编程,提取巷道围岩塑性区、拉伸破坏区及剪切破坏区体积数,揭示不同岩性与埋深条件下巷道围岩变形和塑性区扩展随应力释放率的演化规律,再现巷道围岩从局部破坏直至整体失稳破坏的演化过程,提出以应力释放率阈值作为判定注浆时机的指标。研究结果表明:确定当围岩变形量为150 mm时,实现存储于围岩内变形能的充分释放及围岩自承力的最大利用。采用应力释放率阈值60%和围岩变形量150 mm作为判定注浆时机的指标是合理的,两者可相互验证。提出"锚网索喷+注浆+底板锚注"联合支护技术方案,解决了深部高应力软岩巷道支护难题,验证了所确定的注浆时机是合理、可行的。     

锚注支护巷道围岩变形的粘弹性分析

锚注支护是一项维护围岩稳定的新技术.根据锚注支护机理,将注浆锚杆简化为作用于圈岩的一种体积力,并将注浆作用看作为对围岩力学性能的改善,从而建立了锚注支护计算的力学模型.依据围岩流变特性的试验结果,选择了一个合适的流变模型.最后应用粘弹性理论,分析了对具有流变特性围岩,锚注支护在维护其稳定性方面的作用.计算结果表明,锚注支护对维护流变性围岩稳定的效果显著.     

考虑支护作用影响的煤岩巷道变形非线性分析

根据非线性动力学理论,利用FLAC3D数值软件,建立三维计算模型,对锚网锚杆、U型钢支护和吸能支护条件下的煤岩巷道冲击变形规律进行数值模拟,再现深埋巷道变形破坏过程,研究不同支护作用对巷道变形动力响应的影响。数值计算结果说明,锚网锚杆(主动支护)对提高围岩体强度作用明显,但在冲击载荷作用下巷道围岩应力大,变形量也大,破坏程度严重;U型钢支护(被动支护)可有效提高巷道支护强度,冲击作用后同样表现出抵抗能力较差,巷道整体变形较大;吸能支护对于抗缓冲和吸收冲击能作用明显,表现为冲击应力大幅度降低,巷道变形量减小,整体稳定性显著提高。     

三软煤层巷道锚网喷联合支护的数值模拟

通过数值模拟软件FLAC3D对梁家煤矿三软煤层4105工作面巷道锚网喷联合支护效果进行数值模拟,分析了联合支护后围岩位移应力分布和混凝土喷层及锚杆的力学特性.研究结果表明,三软煤层巷道锚网喷联合支护,有效地改善了围岩的应力状态,降低了顶板与两帮收敛速度与位移,但巷道底鼓较为明显,两帮锚杆承载明显大于顶板锚杆,底角锚杆最大,应确保底角锚杆的锚固效果,以限制底板和两帮的变形.锚网喷联合支护适应三软煤层变形特征,维持了巷道围岩稳定,满足梁家煤矿安全生产需要.