锚固失效分析

通过工程现场实践和模拟实验,研究预应力锚杆的支护作用机理,探索“负荷压力带”支护理论和锚固预应力的内在关系。在锚固过程中分析影响锚固力的减少与损失的直接因素,采用试验的方法,总结和掌握胶泥固化体的理化性能、技术参数,为工程设计提供准确的数据,同时防止在设计使用过程中造成锚固失效。分析预应力锚杆锚固力的产生,衰减和损失的因素,提出设计锚杆应根据围岩应力大小,巷道开挖后具体不同的地质层面岩石情况。合理选择锚杆强度、材质、直径、长度、间排距、岩石钻孔直径大小和锚固深度。研究锚固失效与各参数的关系,提高支护安全系数,最大限度地减少锚固力损失,提高锚杆支护成功率,为优化支护工程设计,提供思路和方法。     

多结构面控制边坡锚固动力简化分析

锚固是边坡支护中的一种重要方法,目前的理论模型大都不考虑地震过程中边坡的响应状态,在边坡锚杆的锚固抗震机理方面存在一定欠缺。本文基于边坡及锚杆在地震作用下力的传递过程分析,提出了一种边坡锚杆动力简化分析模型;利用锚杆荷载分布解析解,分析了不同响应地震动、围岩属性等参数对锚杆受力的影响,从理论上进一步阐述了锚杆的抗震锚固机理。得到了如下结论：岩体的弹性模量和泊松比不是锚杆锚固能力的关键性因素,软岩对硬岩同样可以起到锚固支护的效果;锚杆能够提高岩体的整体性和自稳能力,对多结构面控制岩石边坡,应混合使用贯穿长锚杆和单结构面锚杆的优化锚固方式。     

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.     

碎裂围岩锚固作用机理分析

通过对碎裂围岩锚固作用机理的研究和分析,提出在一般锚固条件下,整体性好的硬质围岩锚杆的作用是很小的,而对于碎裂的围岩锚杆可以最大限度地发挥其锚固作用,并把锚杆对碎裂围岩的锚固作用归结为突出的围压效应、防突破效应以及制止开裂效应3个方面.     

柔性注压锚杆锚固机理分析

柔性注压锚杆是一种结构和锚固机理新颖的全长锚固锚杆，已有的研究缺少其受力、锚固力与锚固机理的分析。通过柔性注压锚杆地面和井下试验，对其锚固力、锚固机理进行了理论和试验分析，导出其承载能力的计算与分析方法，为其设计、试验和应用提供了一定的理论依据。研究和试验结果表明该锚杆对多种围岩（煤、岩、碎石等）有良好的锚固能力和适应性，现场应用方便。     

穿层锚杆作用效果的DDM数值建模及分析

根据穿层岩石锚杆作用特点,通过建立以层面粘结力C、内摩察角Φ等效表述的数值模型,将位移不连续方法（DDM）应用于深部硐室层状岩石顶板锚杆支护效果的分析,探讨了不同锚固条件下硐室顶板的铅垂位移特征;通过DDM计算结果与传统梁理论所得结果的比较及顶板围岩应力分布特征的分析,指出了利用梁理论进行锚杆支护设计的不合理性,结果表明,合理的地下层状岩石锚杆支护参数设计应在考虑锚杆与围岩的共同作用条件下计算。     

锚杆锚固质量的定量分析方法

提出一种用于评价锚杆锚固质量的定量分析方法。基于小波分析和人工神经网络建立了用于识别锚杆杆侧刚度系数的神经网络模型,利用样本对所建立的神经网络进行训练,为锚杆系统的锚固质量评价提供了一个有效的智能化的手段;通过对不同围岩下完整锚杆的数值模拟结果进行动力参数识别,得到了完整锚杆杆侧刚度系数与围岩弹性模量的关系曲线及相应的二次拟合公式,以此可作为锚杆锚固质量的衡量基准;提出了用于描述锚杆锚固状态的锚杆锚固度概念,建立了锚杆锚固质量定量分析方法并进行了工程应用。     

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～...     

水和温度对树脂锚杆锚固力的影响

为了弄清煤矿巷道围岩渗水严重或局部巷道温度升高地段,通用树脂锚杆锚固力往往低于理论计算值的原因,结合现场观测,在实验室通过自行设计的装置研究了一定温度范围内以及室温时钻孔流水和钻孔内积水两种情况下,水对树脂锚杆锚固力的影响程度.实验结果表明:当孔壁渗流水不大时,树脂锚固剂在搅拌过程中,通过摩擦挤压作用,能够堵住某些裂隙出水点,但是一些分散到树脂胶泥中的水滴,会影响锚杆的锚固力;而当钻孔内水量较大,甚至有压力的喷水,树脂锚杆锚固力会大大下降;另外,孔壁温度的升高也会降低树脂锚杆的锚固力.孔壁内水的存在以及孔壁温度的升高是降低通用树脂锚杆锚固能力两个不可忽视的因素.     

托板对全长锚固锚杆内力的影响

本文以托板与围岩相互作用为前提,导出了托板反力表达式,并着重分析了托板对全长锚固锚杆杆体内力的影响,得出了对全长锚固锚杆机理的若干新结论。     

岩锚梁稳定性的灰色关联分析

为了分析岩锚梁的稳定性，基于灰色系统理论，利用灰色关联分析方法，对影响岩锚梁稳定性的因素进行了关联度计算，得出了各因素对稳定性的影响程度及各因素间的相关程度；指出了混凝土浇筑时引起的温度变化是影响岩锚梁稳定性的关键因素，提出在施工过程中应采取相应的养护措施。为岩锚梁的施工及投入运行提供了可靠的理论依据。     

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.     

可拓工程方法在地下工程岩爆预测中的应用

在系统分析了影响岩爆发生的相关因素的基础上,结合地下工程实际,采用可拓综合评判方法,针对性地选取了3个评价指标,应用物元概念和关联函数,建立了岩爆预测的物元模型,对岩爆的发生与否及其烈度进行预测.结合国内外一些典型岩石地下工程实例进行分析计算,通过实际预测分析对比表明,该模型评价结果可靠,精度较高,具有较好的适用性,表明该模型在岩爆预测中有着良好的应用前景.     

斜坡岩体卸荷分带量化研究

岩体卸荷及卸荷带划分一直是水利水电工程地质研究的重要内容，它是影响坝基建基面选择的主要因素之一。作者在分析国内外岩体卸荷分带研究成果基础上，提出了采用裂隙开度、裂隙条数、纵波速度、透水性系数等作为岩体卸荷分带的量化指标，并采用裂隙开度、裂隙条数、纵波速度对工程区部分平洞岩体进行卸荷带划分，其结果与现场定性划分的卸荷带界线基本一致。岩体卸荷分带量化指标的建立为岩体卸荷带划分的工程实践提供了参考依据。     

深部开采灾害及防治研究进展

随着浅部矿物资源日益减少,越来越多的矿井开采向深部推进。开采深度不断增加所引起的软岩大变形、岩爆、高矿压、热害、瓦斯突出和强扰动等工程灾害为深部采矿工程带来了极大的挑战,严重威胁着矿井的生产安全。国内外学者针对深部资源开采面临的工程问题进行了大量的理论与试验研究并取得了一定的成果。本文阐述了引起深部工程灾害的主控因素,总结了深部复杂地质环境灾害现象物理力学机制的研究进展,介绍了深部开采工程实践中防治各类灾害事故的技术装备和理论构想的发展现状,最后提出了未来深部岩体力学理论研究与灾害控制措施研究面临的挑战。     

基于现场监测的原坝子隧道稳定性分析

隧道围岩稳定性分析对隧道安全施工和运营至关重要,采用现场监测方法是判定隧道围岩稳定性最直观的一种方法。以原坝子隧道为工程背景,通过对III、IV、V不同等级围岩初期支护后拱顶下沉和周边收敛进行系统的现场监控量测,研究复杂地质条件下大断面隧道围岩的稳定性,结果表明,隧道拱顶及周边位移一般稳定期为10~15 d,累计沉降量和周边累计收敛量随围岩等级的增大而显著增大,并处于允许范围以内,说明隧道开挖方式和支护方案是科学合理的。研究成果可为类似条件下隧道工程的设计、施工、监测提供参考和借鉴。     

循环荷载下岩石塑性应变演化模型

为了准确评估岩石工程在周期性荷载作用下的长期稳定性和安全性,对岩石的循环疲劳塑性应变理论进行了研究。将岩石在循环荷载下的疲劳损伤变量方程,引入累积塑性应变方程中,通过积分变换,推导出高周和低周疲劳循环条件下岩石轴向塑性应变的演化方程;将塑性应变发展理论模型与前人疲劳试验结果进行了比较。结果表明,该模型较好地反映了岩石的轴向塑性应变演化规律,可直接用于疲劳荷载作用下岩石工程作用机理数值分析中。     

钻井地质环境因素描述技术及其应用

钻井地质环境因素的分布特征决定着钻井工艺技术的适用性。详细论述了岩石力学参数、岩石可钻性、地应力状态、地层压力体系等钻井地质环境因素的描述方法;并介绍了其在鄂尔多斯盆地富县探区的应用情况。针对富县气井复杂的钻井地质环境,在常规方法的基础上优化完善了可钻性、井壁稳定等计算模型,综合应用测井、钻井、物探、地质、测试等资料进行钻井地质环境因素精细描述,明确了各类因素的纵向和横向分布特征。以描述成果为依据提出工程建议方案,并取得了良好的现场应用效果。     

白龙江引水工程深埋长隧洞工程地质问题研究

白龙江引水工程最复杂的科学和技术难题是工程穿越西秦岭段深埋长隧洞的工程地质问题,西秦岭地质背景复杂,目前研究成果较少。通过采用室内试验、现场测试和工程地质类比分析,对西秦岭1＃隧洞的高地应力、岩爆、高地温、隧洞涌水及突水、有害气体等工程地质问题进行探讨,结果表明深埋长隧洞中地应力极高,易发生岩爆或软岩大变形,可能发生软岩型大变形洞段长度占总洞长的12%,可能发生岩爆洞段长度占总洞长的45%;地下水丰富,区域断层的最大涌水量可达8.5×104 m3/d,隧洞内具备形成涌水或突水的条件;存在一定的高地温和有害气体及放射性危害,研究结果对西秦岭地区的类似工程有借鉴意义,对工程地质问题进一步研究具有指导意义。