浅埋隧道大管幕支护力学特性及施工技术

以重庆铁路枢纽东环线新白杨湾下穿高速公路隧道工程为依托,研究了浅埋隧道大管幕支护力学特性及施工控制技术。采用有限元分析软件MIDAS-GTS NX建立隧道施工模型,分析无超前支护、管棚超前支护和大管幕超前支护3种工况下地表沉降、围岩变形以及初支内力等力学特性的变化规律。研究结果表明:无超前支护下开挖完成地表最终沉降为30.01 mm,管棚超前支护和大管幕超前支护下地表沉降分别减小了49.28%和62.08%。就控制围岩变形效果而言,管棚超前支护下拱顶沉降和水平位移分别减小了49.32%和38.20%,大管幕超前支护下拱顶沉降和水平位移分别减小了62.03%和40.03%。施工完成后,无超前支护、管棚超前支护和大管幕超前支护下的初次衬砌最大压应力分别为14.67 MPa、6.58 MPa和6.13 MPa,无超前支护下最大压应力超过规范允许值(13.5 MPa)。     

迈步式超前支护装置降架过程控制方法

为降低降架时超前支护装备对顶板稳定性的影响,提高支护效果,在分析支护结构和力学分析的基础上,建立超前支护装备升降架过程的力学模型;根据超前支护降架过程的力学要求,即保证支撑力缓慢减小的同时,对多液压缸进行同步控制,由此提出了降架过程位移-压力的双闭环控制方法,借助Simulink和力学模型对控制系统进行建模并仿真.最后,将研究内容应用到超前支护装备的实验样机中,实验结果表明:降架过程的最大同步误差10 mm,可控最高精度达到5 mm.     

水电站引水隧洞衬砌结构三维有限元分析

根据某水电站引水系统实际情况,采用ANSYS三维非线性有限元法,建立其引水系统中新建引水隧洞的三维有限元模型;并对引水隧洞的衬砌结构进行分析。验证衬砌方案和支护参数的合理性;同时提供衬砌配筋计算结果及优化建议,论证现有衬砌和支护方案合理性,补充和完善加固处理措施。结果表明,引水隧洞各段衬砌在各个工况下,水平位移最大值为0.41 mm,出现在侧面;垂直向最大位移为-6.53 mm,出现在顶拱处。衬砌最大第一主应力为拉应力,其值为2.33 MPa,发生于工况四,出现在顶拱处;衬砌最大第三主应力为压应力,其值为-8.19 MPa,发生于工况二,出现在衬砌侧面。由于衬砌C25混凝土的抗压强度为17 MPa,故衬砌结构安全。衬砌采取单层筋布置,各段环向配筋Φ20@200 mm,纵向钢筋Φ12@300 mm,考虑到方圆渐变段的应力状态较为复杂,优化设计后建议采用50 cm厚的衬砌方案。     

高应力巷道钢管混凝土支架支护围岩稳定性分析

针对高应力巷道围岩控制难度大的问题,对鹤壁三矿高应力巷道的钢管混凝土支架支护后的巷道围岩变形破坏情况进行了理论分析和数值模拟.理论计算表明,Φ219×8mm型钢管混凝土支架极限承载能力是2 595.04kN,可提供极限支护反力为1.8MPa.数值模拟结果显示,支护后巷道最大垂向位移172mm,两帮位移82mm,变形量较小,满足巷道围岩控制要求.现场实测发现两帮和顶底板变形均发生在施工后30d内,最大移近量为40mm和60mm;后期变形量无明显增长,巷道围岩保持稳定.     

分层开采采空区下大断面切眼支护

针对采空区下大断面切眼掘进围岩变形规律及控制问题,采用FLAC数值模拟对设计支护方案进行分析,并通过工程应用及现场实测验证支护方案的合理性.结果 表明:采用锚网索+金属棚+单体支柱联合支护有效降低顶板位移,以中部单体支柱为界形成一大一小两个下沉区域;支护后应力重新分布,前后表面形成鲜明对比,前表面卸压区分为一大一小半椭圆形,后表面应力分布状态与无支护条件基本一致;支护前后减沉率最大达到38.73％;现场应用监测顶板最大下沉值为12 mm,两帮移近量最大为6 mm.围岩控制效果良好,不仅为后续工作面开采提供参考依据,也为中外类似条件煤炭资源的回收利用提供良好借鉴.     

软岩开挖卸荷变形及支护效果的数值模拟

金川Ⅱ矿区岩体属于高应力软岩,文章研究了深部软岩巷道开挖卸载过程中围岩变形及支护效果等问题,通过建立3D有限元模型对巷道开挖进行动态模拟,并对巷道不同支护情形下的围岩变形进行对比分析。结果表明:巷道开挖卸载引起周围岩体应力释放,致使围岩向巷道径向挤压,产生的最大位移达到13.1cm,影响巷道的安全使用;采用U型钢+底部反拱共同支护后,对巷道两帮及顶板的支护效果比较明显,巷道两帮围岩的水平位移减少6.1cm,顶板围岩的沉降范围减少,且围岩应力释放速度减缓,但对巷道底板围岩的支护未达到要求,底板隆起值增加1.5cm;采用全断面喷锚支护后,巷道顶、底板处围岩的竖向位移显著减小,同时巷道两帮围岩水平位移也相应减小,但围岩应力释放的速度加快。     

土钉墙-双排桩支护体系基坑变形特性分析

基于昆明某基坑支护工程,采用土钉墙-双排桩联合支护体系的基坑支护方案,对基坑开挖过程中周边土体水平位移、沉降及周边建筑物处土体沉降进行了监测分析.基坑周边土体变形监测结果表明:基坑开挖过程中周边土体变形在初期变化较快,锚索施加完成之后,土体变形稳定,最大水平位移接近11 mm;基坑周边土体最大沉降25 mm左右,邻近建筑物处土体最大沉降接近15 mm,差异沉降2 mm,均小于变形预警值,达到基坑支护要求,结果为类似工程提供参考.     

基于ANSYS的二步采场分段开挖过程模拟及稳定性分析

 为确保高应力大阶段二步采场高效安全回采,采用ANSYS对二步采场分段开挖过程进行稳定性分析,得到了各分段采场顶板和充填体的应力分布规律。结果表明,采场顶板处产生的最大拉应力(0.21～0.36MPa)大于矿体的抗拉强度值(0.17MPa);充填体距离采场顶板1m位置处有最大压力(0.90～2.00MPa),接近其抗压强度值(2.00MPa);随着开采分段向上推进,采场顶板的拉应力和充填体内的压应力均有降低趋势。针对数值模拟中二步采场存在的安全隐患,提出采用预护顶中深孔下向凿岩分段充填法回采二步矿房,预护顶采用预应力树脂锚杆+钢带(金属网)+喷浆联合支护方式,并根据数值模拟中获得的松动圈半径确定了支护参数。将支护方案应用到工程试验,试验采场安全效果较好。     

超大深基坑支护结构综合选型及变形规律研究

针对超大深基坑支护方案选择问题,以洛阳龙门站综合交通枢纽北广场工程为依托,建立超大深基坑支护方案指标评价体系,采用层次分析法和熵权法计算指标组合权重,利用模糊综合评价法选出合理的支护形式.运用Midas-GTS NX建立有限元模型,结合数值模拟和现场监测,分析在该支护形式下,基坑施工过程中土体和支护结构的变形规律.研究结果表明：通过计算确定基坑北侧、东侧和西侧采用放坡+土钉墙支护、南侧采用灌注桩+预应力锚索支护的方案.周边地表沉降分布规律符合沉降槽曲线,基坑西侧最大沉降发生在距坑边9 m位置,最大沉降量为18.32 mm,基坑南侧最大沉降发生在距坑边7 m位置,最大沉降量为15.82 mm,影响范围较基坑西侧减少9 m.基坑边坡水平位移和竖向位移最大值均发生在坡脚处.灌注桩水平位移随桩深呈先增大后减小趋势,桩身最大水平位移为15 mm,发生在桩长约10 m处.桩体产生向上位移,隆起量最终稳定在13.42 mm.现场监测结果均未超过控制值,基坑支护方案选取合理.     

斜抛撑支护基坑开挖对邻近综合管廊的影响分析

以福建省厦门市某邻近既有综合管廊基坑开挖项目为例,针对SMW工法桩+斜抛撑支护体系,采用FLAC3D有限差分软件建立综合管廊的三维数值模型,进行数值结果分析;研究综合管廊与基坑距离对基坑土体位移场、综合管廊位移和变形、综合管廊周围土体应力分布的影响. 结果表明:坑外地表沉降的影响范围不超过12 m,最大沉降位于坑外4.5 m处,基坑开挖引起的综合管廊最大水平位移和竖向位移均未超过规范的预警值;综合管廊与基坑距离和综合管廊水平位移近似成反比关系;综合管廊发生朝向基坑一侧的倾斜,倾斜度随着综合管廊与基坑距离的减小而增大;综合管廊两侧墙产生朝向基坑的水平推力使综合管廊产生朝向基坑的变形和水平位移.     

动力鼠洞平台板受力性能有限元分析

根据动力鼠洞三种工况选取最不利工况,对动力鼠洞平台板及其下部筋板部分,采用ANSYS有限元软件建模分析。通过鼠洞平台板竖向变形分析可知,平台板最大竖向位移为0.39mm,竖向变形约为0mm;通过动力鼠洞平台板和筋板应力分析可知,平台板的边缘中部处应力大约为80.35MPa,其值小于所使用钢材的屈服强度235MPa。     

导流隧洞混凝土衬砌结构有限元分析与研究

根据某水电站引水系统实际情况,采用ANSYS三维非线性有限元法,建立其引水系统中南导流隧洞的三维有限元模型,并对其钢筋混凝土衬砌结构进行分析,验证了衬砌方案和支护参数的合理性,提供衬砌配筋计算结果,并论证了现有衬砌和支护方案合理性,补充和完善加固处理措施.结果表明,南导流隧洞各段衬砌在计算工况下,水平位移最大值为0.256 mm,方向指向隧洞内部;垂直向最大位移为8.443 mm,方向向下;最大第一主应力为拉应力,其值为1.150 MPa;衬砌最大第三主应力为压应力,其值为-1.190 MPa,由于衬砌C25混凝土的抗压强度为11.9 MPa,故衬砌结构安全.但在侧墙与顶拱、侧墙与底板交界处应力值较大,应当采取适当措施加大结构的强度.     

永明煤矿5104工作面回采巷道支护可靠性研究

永明煤矿5104工作面属于典型的薄煤层开采。为了评价现有回采巷道支护方案的安全可靠性,制定了针对性的巷道矿压监测方案。矿压观测结果显示:巷道围岩变形量小,巷道断面收缩率平均仅0.78%;顶板锚杆测力计最大读数为5 MPa,两帮锚杆测力计最大读数为8 MPa,小于顶板和两帮锚杆设计锚固力。从巷道监测数据分析,巷道两帮和顶板在超前支承压力的作用下没有明显的破坏和塑性变形,现有的支护方案安全可靠,能够达到控制变形与破坏的目的。     

250MN钢丝预紧式主缸受力计算与模拟

为了解250 MN钢丝预紧式主缸的应力和变形情况,对其进行了理论计算和有限元模拟。结果显示,主缸筒体不管是在预紧状态还是在工作状态,由于受端部影响,其径向位移、应力是轴向位置的函数,并非沿轴向均匀分布。工作时,载荷边界线处的径向位移为0.895 mm。预紧时,距缸体端面右侧581 mm处轴向应力最大,约103.08 MPa。最大Tresca、Mises应力出现在分界线右侧781 mm的地方,Tresca应力约为332.46 MPa,Mises应力约为301.19 MPa。有限元计算结果和理论计算比较吻合,二者可相互验证。     

三索面地锚式斜拉桥静力计算分析

目的研究三索面地锚式斜拉桥在成桥状态、均布车载及偏载、温度作用等情况下,对主梁应力、变形及拉索索力的影响.方法以沈阳市某三索面地锚式斜拉桥为工程背景,以有限元为基础,通过桥梁专用软件MIDAS/CIVIL建立有限元计算模型,对全桥整体进行静力计算分析.结果恒载状态下三索面地锚式斜拉桥的成桥索力变化比较均匀,距离桥塔由近至远呈现由小至大的分布规律;主梁上缘最大拉应力为17.05 MPa,最大压应力为30.04 MPa;下缘最大拉应力为13.29 MPa,最大压应力为20.71 MPa;主梁竖向最大位移为33.36 mm,塔顶水平位移为28.94 mm.结论三索面地锚式斜拉桥在恒载及活载等其他荷载作用下主梁应力变化平缓,且数值较小,最大应力发生在墩塔梁固结处;在非对称活载作用下地锚侧对称位置斜拉索索力差值很小,主塔横向设计时可不考虑此项差值的影响;温度作用时对三索面地锚式斜拉桥主梁应力及位移的影响较大.     

不同岩性组合条件下顶板采动效应研究

针对工作面回采后采动顶板稳定性的问题,通过FLAC3D数值模拟软件建立8种不同岩性组合条件下顶板采动效应模型,研究不同组合条件下采动顶板的应力和位移分布变化规律。研究结果表明:顶板全为硬岩时顶板垂直集中应力最大,全为软岩时最小;顶板的剪应力集中区主要位于上覆岩层的硬岩中,剪应力最大组合顶板类型为软-硬-软-硬组合;在不同岩性组合顶板条件下,顶板为软岩时其变形量远大于顶板为硬岩及软硬岩结合时的变形量;相同顶板条件下随着距离的加大,顶板垂直位移量呈现降低趋势。研究结果可为工作面布置方式和顶板支护方式的选择提供参考依据。     

临海富水软弱地层综合管廊变形缝间距优化及防水构造

以福州市万新路地下综合管廊工程为依托,研究了地下综合管廊变形缝的间距设置优化以及防水构造设计.运用有限元软件MIDAS-GTS NX建立综合管廊力学模型,计算综合管廊变形缝设置间距分别为30、60 m时结构的应力和变形,分析综合管廊变形缝间距变化对结构受力变形的影响.研究结果表明:变形缝间隔30和60 m时,综合管廊结构最大拉应力分别为2.1和2.68 MPa, 60 m设置一道变形缝最大拉应力超过规范允许值(2.51 MPa).当变形缝设置间距为30 m时,其顶板和底板最大竖向位移分别减小4.687和4.930 mm.优选出变形缝设置间距为30 m时施工中各项监测数据满足规范要求,且在福州市万新路地下综合管廊施工中运用,取得理想效果.     

JS复合型软岩顶板条件下煤巷锚网支护技术

基于现场实践及工程地质调查,结合工程地质理论与大变形力学原理,确认了镇城底矿煤巷顶板具有节理化软岩的特点,并具有膨胀型和结构变形型的复合型变形力学机制.应用有限差分程序FLAC2D,进行了软岩项板复合型变形力学机制向单一型转化的力学对策和支护参数优化的模拟分析,提出了锚网索联合支护形式和支护顺序.经现场工业性试验,成功解决了在采动压力下煤巷软岩顶板难以支护的难题.     

贵州松桃李家湾锰矿矿体顶板变形破坏演化特征

以松桃县李家湾锰矿作为贵州省典型锰矿山,通过分析矿区工程地质条件,构建采场工程地质模型.基于室内试验、 Hoek-Brown强度准则及国家规范确定出开采影响区岩体物理力学参数.依托3DEC离散元数值分析平台,研究不同开采支护方案下矿体顶板变形破坏特征及规律.结果表明:①无支护条件下,随着开采工作面推进,顶板竖向压应力逐渐减小,下沉量、现状塑性区体积逐渐增加,地层的挤压变形和预收敛变形明显;②在0.1、 0.2、 0.4和0.8 MPa支护压力下,顶板支护段与无支护方案相比,竖向压应力分别提高0.2、 0.5、 1.7和2.6 MPa,下沉量分别降低了1%、 2%、 6%和7%,除0.1 MPa支护压力外,其它3种支护压力下开采工作面及顶板现状塑性区均明显减少;③基于优选的0.25 MPa支护压力方案在该矿的应用效果,表明揭示的顶板变形破坏规律是合理、可靠的.     

深部巷道开挖数值模拟及围岩变形

为了揭示深部不同地应力环境下巷道开挖围岩的变形规律,为深部巷道开挖与支护作指导。采用有限差分软件建立了深部巷道模型,对不同水平侧压力状态及开挖进尺深度下巷道开挖过程进行了数值模拟。分析结果表明:巷道拱顶竖向、拱底竖向及中部水平向的变形明显,变形量最大发生在巷道中部,其水平向位移最大值为20 mm左右。当深部岩体水平侧压力系数为1时,即岩体处于静水压力状态,巷道开挖引起的变形量最大。随着开挖深度的增大,巷道变形量趋于稳定。