锚固洞室拱部侧爆模型试验

通过室内模型试验,从洞室破坏形态、破坏过程、围岩径向应力、洞壁应变、拱顶和边墙位移、拱顶和底板加速度6个方面对直墙拱顶型锚固洞室在集中装药拱部侧爆条件下破坏情况和受力变形特点进行研究。试验结果表明:在拱部侧爆情况下,洞室破坏主要发生在迎爆侧半拱,破坏类型是在拱脚发生剪切破坏,在半拱中部发生拉伸破坏,洞室围岩径向应力是破坏的主要控制因素。洞室围岩以受压为主,变形主要表现为拱部和迎爆侧边墙向洞内发生位移。根据加速度测试数据,该类洞室设计时必需采取减震措施。     

不同位置空洞条件下隧道的破坏模式试验研究

隧道空洞是影响隧道稳定性的重要原因之一,因此开展了空洞在拱肩、边墙、拱脚及拱底等位置的模型试验,总结出存在不同位置的空洞隧道的破坏形式和破坏顺序.试验结果表明:拱肩空洞模型在空洞的边界位置和拱脚处现受压破坏,底板出现开裂;边墙空洞模型在空洞位置相应的衬砌出现压溃及拱顶产生开裂;拱脚空洞模型是拱脚位置衬砌受压破坏以及拱顶产生开裂;底部空洞模型是在底板衬砌位置及相应拱肩衬砌受压破坏以及拱顶出现开裂,研究结果为隧道的顺利施工和后期维护提供参考依据.     

深埋垂直板裂结构岩体中洞室失稳破坏机制

采用RFPA数值模拟软件对深埋垂直板裂结构岩体中洞室围岩失稳破坏过程进行了模拟,研究了在不同侧压力系数条件下板裂围岩的失稳破坏特点,并与完整岩体中相同条件下的洞室的失稳破坏情况进行了对比.研究结果表明,侧压力系数对深埋垂直板裂结构洞室围岩的破坏形式具有重要影响,边墙岩柱的溃屈失稳破坏发生在侧压力系数小于1的情况;当侧压力系数大于1时,破坏集中发生在拱顶和隧道底部,边墙岩柱不发生溃屈破坏.指出梁板理论应用于板裂结构岩体洞室稳定性评价的局限性.在深埋情况下,洞室围岩的破坏以应力控制为主,结构面的影响居于次要地位.     

拱效应下GFRP筋对混凝土板力学性能的影响

受到外围约束的混凝土板会在内部产生拱效应,为了研究其中玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋的作用,对10块板带进行了破坏性试验,发现:板带开裂后拱效应逐渐明显,受拉区GFRP筋的作用相当于拱脚间的弹簧,筋材等效弹簧刚度增加,拱效应减弱;反之,拱效应增强.筋材配置过少或配置在板厚中间均不利于挠度和裂缝宽度控制,配筋适当时GFRP筋与拱效应共同作用,可以缩小适筋板带与超筋板带之间正常使用性能的差距,配筋情况决定裂缝分布及板带破坏模式,对极限承载力影响较小.此外,文中还对GFRP筋的作用进行了量化分析,考虑了拱效应的设计方法所预测的筋材应变比规范计算值更接近试验结果.     

全长黏结岩石抗浮锚杆承载性能现场试验

抗浮锚杆具有地层适应能力强、锚固力高、造价低、工期短等优点,具有广阔的工程应用前景.开展了4组13根岩石抗浮锚杆的极限抗拔承载试验,在1根试验锚杆上安装光纤光栅应变传感器进行应力测试,所有试验锚杆均加载至极限破坏状态,从荷载-锚固体顶面位移曲线、锚筋轴力分布、锚筋剪应力分布规律及界面黏结强度等方面进行了分析.结果表明,抗浮锚杆主要出现锚筋-锚固体界面剪切滑移破坏、锚固体-周围岩体界面剪切滑移破坏及锚筋拔断3种破坏形态.试验条件下,黏结长度为2.0 m的抗浮锚杆其极限抗拔承载力为240 kN,黏结长度不小于3.0 m的抗浮锚杆其极限抗拔承载力不低于320 kN,承载力高、变形小,能够满足抗浮要求.锚筋轴力自上而下逐渐衰减,锚筋在距锚固体顶面3.0 m以下范围内不受力,建议中风化花岗岩中抗浮锚杆的黏结长度设计值取3.5～4.0 m.锚筋剪应力沿深度呈先增大后减小的趋势,在距锚固体顶面0.45 m的位置达到峰值,约为2.7 MPa.锚筋-锚固体界面平均黏结强度为1.14～1.36 MPa,锚固体-岩土体界面平均黏结强度为0.28～0.37 MPa.     

公路偏压隧道开挖及支护的数值模拟研究

在查明隧道围岩工程地质条件的基础上,运用有限元研究了公路隧道开挖与支护过程中的应力、位移及塑性区的分布规律。结果表明,锚喷支护对于控制围岩拱顶和底鼓的变形作用明显,拱顶竖向位移在施作锚喷支护后增幅明显减小,在二次衬砌施作之前趋于稳定;隧道稳定性最不利位置在拱顶、拱腰和底部,建议设计时适当增加锚杆的数量,施工时要加强初期支护并控制好喷射混凝土的厚度,防止过大的回弹变形。     

钢筋黏结退化的空间分布对RC梁受剪性能影响

为了分析钢筋黏结退化区段的空间分布对钢筋混凝土(RC)结构承载机制和破坏形态的影响,对10根模拟完全黏结失效的RC梁进行实验研究.从荷载挠度关系曲线、箍筋屈服举动、裂缝进展情况以及构件破坏形态出发,利用桁架和拱理论分析了纵向受拉钢筋不同区段的黏结退化及不同锚固形式箍筋的黏结退化对RC梁抗剪性能的影响.研究结果表明:纵向受拉钢筋的端部区域黏结失效比跨中区域黏结失效更为危险,破坏模式呈脆性,且承载能力有较大幅度的下降;端部黏结失效导致的上述影响在剪跨比较大梁中尤为明显;箍筋形式对梁的最终承载力影响不大,但相对于开口型箍筋,闭合型箍筋对斜裂缝开口进展有更好的限制作用.     

浅埋黄土隧道不同施工与加固方法的颗粒流数值模拟

针对浅埋黄土隧道在开挖过程中发生的拱顶过量沉降问题,采用颗粒离散单元法模拟了不同开挖方法和加固措施对围岩稳定和变形的影响,分析了6种工况的围岩压力分布和位移发展情况,讨论了开挖方法和加固措施对隧道围岩稳定的影响.模拟结果显示,隧道拱肩和拱脚应力集中处水平位移较大,拱部和边墙开挖为黄土隧道留核心开挖施工中的关键工序,施工中宜及早支护避免隧道发生过大变形.浅埋黄土隧道拱顶下沉量远大于周边收敛;对于相同的支护形式,留核心土下部全断面开挖法产生的位移总量约为留核心土下半断面分部开挖法的1.2倍;对于相同的开挖方法,无超前注浆支护产生的位移总量约为有超前支护的1.5倍;而有无系统锚杆的隧道围岩变形量基本相同.研究表明,浅埋黄土隧道可采取超前导管注浆减小隧道开挖变形,而系统锚杆由于支护效果不明显可考虑取消.     

乌东德水电站左岸地下主厂房围岩支护效果分析

地下洞室围岩支护效果检验分析对于地下工程运行具有重要意义.本文在围岩监测分析基础上,采用FLAC 3D对乌东德水电站左岸地下主厂房洞室开挖过程与支护效果进行数值模拟,通过对比分析位移场、应力场及塑性区等基本场与围岩变形监测数据的变化特征,定量评价围岩支护效果.分析结果表明,围岩支护效果显著,尤其是对顶拱围岩的位移变形遏制十分有效:支护后,顶拱累计位移量值最大下降幅度达96.4%,边墙累计位移值下降幅度达18%～25%,且变形趋于稳定;边墙拉应力逐渐减小,局部拉应力逐步变为压应力,缓解了应力集中效应,量值最大下降幅度达32.89%;边墙部位塑性区深度减小,范围缩小,塑性区深度下降50%;支护前后边墙的累计位移值的一致性说明了边墙围岩的自承能力较顶拱围岩强,且实际施工对边墙的支护是及时的.     

岩体裂隙区全长黏结锚杆应变测试方法

受到裂隙岩体非连续变形以及全长黏结锚杆与黏结剂间复杂剪切作用的影响,裂隙区域的锚杆应变量值一直难以准确测量.通过3D打印制备全长黏结锚杆,并在杆体内、外侧分别粘贴应变片,利用单轴压缩试验获得了裂隙开裂过程全长黏结锚杆拉应变的演化规律.研究发现,外侧的应变片受黏结剂剪切变形影响较大,且当黏结剂塑性变形能力较强时,其测试结果易失真.而内部的应变片能准确获得杆体应变的全过程曲线.最后利用FLAC软件模拟裂隙处锚杆失效过程,验证了应变片不同粘贴方式对测试结果的影响,也进一步证明了杆体内粘贴应变片测试方法的可行性.     

高地应力破碎围岩隧道变形受力特征试验研究

高地应力破碎围岩地层在开挖隧道过程中极易发生大变形、钢架扭曲、局部垮塌等灾害。以天平铁路关山隧道为依托,通过监测两个试验段内的围岩压力、初期支护受力与变形、二次衬砌混凝土应力的分布特征,来探讨高地应力破碎围岩地层中不同断面形式和支护参数情况下隧道支护结构的变形与受力特征。结果表明:在以水平地应力为主的破碎围岩地层中,隧道开挖引起的变形以边墙水平收敛为主,拱顶沉降次之;高边墙小曲率断面形式的单线铁路隧道受力和变形均较大,而增大边墙曲率可有效抑制隧道开挖引起的变形,使支护结构受力更为均匀,受力状态明显改善。研究可为高地应力破碎围岩地层中隧道设计提供一定的参考。     

土钉瞬态应力动力特性对比研究

基于探索性的洞室土钉支护试验,概述了洞室土钉支护抗动载试验的基本情况,并给出了洞室拱顶土钉的测试数据。依照实验现象,考察对比了毛洞段与土钉支护构措段的瞬态应变和炸药药量的关系,及其两者的瞬态应变和加载次数的关系,构措段具有较好的降低应变的能力。依照一维粘弹性理论对拱顶土钉进行了Maxwell模型的参数拟合;并用此模型确定了土钉用建筑钢的动力粘性因数,其与前拟合公式者相近。     

圆形洞室模型在双轴加载下的力学特征分析

为探究圆形洞室围岩在不同围压下加载过程中的力学特征变化,对制作的含圆形洞室的类岩石材料进行双轴加压试验,运用数字图像技术记录全场应变演化过程,并根据室内试验建立颗粒流模型,探究了围压对洞室围岩的抗压强度以及裂纹的发育的影响。结果表明：尺寸效应对模型的力学特征影响较大,圆形洞室模型峰值抗压强度随着洞室尺寸的增加而减小;当围压增大时,压剪作用增强,洞室模型的破坏模式由以张拉应变为主向拉剪复合破坏为主转变;圆形洞室应变集中区域会随着围压的增大由洞口上下侧向两帮转移;当围压逐渐增大,张拉作用被抑制,洞口两侧破坏程度逐渐增加,收缩变形程度逐渐增大;最后通过数值模拟验证了圆形洞室围岩在不同围压下加载过程中的力学变化特征。     

基于不同减薄量的纵向内筋薄壁筒反向滚珠旋压分析

采用反向滚珠旋压制造带有纵向内筋的薄壁筒形件.将刚塑性有限元与工艺实验相结合,被应用于分析在不同壁厚减薄量下带有纵向内筋薄壁筒形件反向滚珠旋压成形.有限元模拟结果和实验结果都表明内筋的高度随着壁厚减薄量的增加而增加,但在模拟结果与实验结果之间存在着大约10%的误差.有限元模拟的应变等值线图表明在筒壁变形区的径向应变和内筋变形区的切向应变有助于内筋的成形.轴向旋压力有限元预测结果表明较大的壁厚减薄量导致了轴向旋压力的增加,同时也导致了旋压件表面金属材料的非稳定流动.     

HR-EPS模块剪力墙轴心受压承载力试验研究

HR-EPS模块剪力墙由于中间有芯肋、混凝土不连续、钢筋和混凝土的粘结作用削弱都会造成墙体截面损伤,因此会直接影响墙体的竖向承载力。通过试验研究和数值模拟相结合的方法对HR-EPS模块剪力墙的轴心受压承载力进行研究。研究结果表明:(1)从开始加载到墙体破坏之前,墙体的侧向位移值变化幅度很小;在试件接近达到破坏荷载时,钢筋和混凝土应变达到最大值,说明轴心受压墙体具有较高的竖向承载能力和抵抗变形的能力;(2)墙体的承载力随着钢筋含量的增加而增加;(3)由模拟和试验测得的荷载-位移曲线及钢筋和混凝土的应变曲线基本吻合,表明通过合理的混凝土本构关系基本能满足模型的要求。同时根据以上研究结果推导出了HR-EPS模块剪力墙受压承载力公式。     

拓展型复合墙体抗震性能试验研究

基于传统生态复合墙结构体系,提出拓展型复合墙结构体系,通过5榀1/2比例拓展型复合墙体模型的水平低周反复试验,对墙体的承载能力、延性特点、滞回特点、刚度退化等抗震指标进行研究,得出以下结论:5榀复合墙体都以弹性阶段开始,逐步进入弹塑性阶段,最终破坏,所有墙体破坏形式均为剪切型,是理想的破坏形态;不同墙板约束不同,导致墙板在试验过程中损坏过程也不相同;墙体的外框、肋格、砌块3个组成部分相互约束,提高自身承载能力,抑制墙体裂缝的发展,充分发挥每个组件的耗能能力;外框采用C型钢及肋格采用L型轻钢龙骨可大幅增加对砌块的约束,有效限制墙体裂缝的发展,大幅提高墙体的抗震性能;EPS轻骨料砌块在不降低极限承载力的同时可明显改善墙体延性.     

基于岩石细观损伤机制的岩爆机理研究

岩爆是采矿诱发的地震现象，是矿井自然灾害之一。岩爆发生条件与岩石的力学性能有关。岩体中微裂纹的形成、扩展和汇合对岩体的力学性能产生显著影响，可以导致材料的逐渐劣化直至破坏。对于三轴压缩的岩石试件，当侧向应力为拉应力或很小时，其破坏形式主要是徽裂纹的摩擦滑移、自相似平面扩展和弯折扩展。本文基于岩石细观损伤机制，在本构关系中引入损伤效应函数，用于分析圆形洞室的岩爆现象，得到了岩爆发生的临界损伤范围和临界载荷的解析式。结果表明临界损伤范围取决于弹性模量与降模量之比；临界载荷与峰值强度及内摩擦角有关。     

埋深与围岩质量对隧洞围岩稳定性的影响探究

采用有限元方法,初步研究了隧洞在埋深为33,233,433 m时,在Ⅰ～Ⅴ级围岩的受力、塑性变形和位移变化.研究发现,在同一埋深下,随着围岩破碎程度的增加,围岩的受拉区和塑性变形区逐渐从拱顶、底向边墙转移,并可能在边墙处发生拉应力突增现象,突增幅度随埋深的增加而增大.隧洞的拱顶、边墙和拱底都会产生较大位移;随着埋深的增加和岩体的破碎,拱顶和拱肩的位移会超过其他部位.计算结果和已有的模型试验结果相比较,论证了研究方法和结论的合理性.     

动载作用下玻璃纤维增强复合材料管砂浆能量耗散分析

为了研究动载作用下GFRP管砂浆的能量耗散情况,通过应用分离式霍普金森压杆实验装置对4种不同壁厚的GFRP管砂浆试块进行动态劈裂拉伸试验,研究其在4种应变率下的能量耗散规律。结果表明,GFRP管砂浆试块的入射能、反射能均与应变率呈正相关,随着应变率的增大呈上升趋势,壁厚为3 mm和4 mm时,吸收能提升的幅度较大,壁厚为2 mm和5 mm时,吸收能提升的幅度较小。GFRP管砂浆试样的反射能、透射能、吸收能与入射能呈正相关。GFRP管砂浆试块透射能随GFRP相对壁厚的增加经历两个阶段的变化,透射能曲线先是线性增加后是增长趋于稳定保持不变。GFRP管砂浆试块耗能密度与入射能具有良好的线性关系,5 mm壁厚试块耗能密度最大但其增长幅度最小,3 mm和4 mm壁厚试块耗能密度增长幅度最大,2 mm试块耗能密度增长略高于5 mm试块。试件沿着加载轴线呈对称式破坏,应变率越大破坏程度越大,GFRP管壁厚越大破坏越明显。