大变形巷道锚杆力学特性的数值模拟

通过现场观测和实验室试验,对大变形巷道锚杆的力学特性进行了测试,揭示了锚杆与围岩相互作用全过程呈现:初撑、增阻、恒阻、降阻直至失效。论述了锚杆阻力下降和失效是大变形巷道锚杆支护所具有的基本规律。为此,对FLAC3.3中锚杆单元模型进行了修正,使其具备模拟锚杆损伤软化的功能,并将其成功地应用于实际工程中。     

大变形巷道锚杆力学特性的数值模拟

通过现场观测和实验室试验，对大变形巷道锚杆的力学特性进行了测试，揭示了锚杆与围岩相互作用全过程呈现：初撑、增阻、恒阻、降阻直至失效。论述了锚杆阻力下降和失效是大变形巷道锚杆支护所具有的基本规律。为此，对FLAC33中锚杆单元模型进行了修正，使其具备模拟锚杆损伤软化的功能，并将其成功地应用于实际工程中。     

矿用立柱恒阻让位防冲装置的设计及其特性分析

为提高立柱的抗冲击力学性能,设计了一种由接头、卡箍、吸能构件套、吸能构件和销钉构成的矿用立柱恒阻让位防冲装置,并根据立柱国标确定了防冲装置的承载力,给出了防冲装置工作原理及防冲原理。对常规立柱和安装防冲装置立柱在冲击载荷作用下的变形和受力进行了对比分析,得出在相同冲击载荷作用下,防冲立柱变形大大小于常规立柱变形,吸能防冲构件变形阶段能有效降低立柱承受的冲击力。防冲装置可方便安装于现有常规立柱上,防冲装置的使用大大增强了立柱的抗冲击性能。此恒阻让位防冲装置也可用于汽车、航空航天工业、高速公路安全防护等领域。     

深埋巷道锚杆破断失效机理

锚杆破断失效是深埋巷道支护面临的工程问题之一.采用现场调研、理论分析等方法,对深埋巷道锚杆破断失效形式、机理进行了分析.得到结论:1)深埋巷道锚杆破断失效形式主要有剪断失效、脆断失效、折断失效、拉断失效、崩盘失效和松脱失效;2)材料缺陷和受载性能是深埋巷道锚杆破断失效的内因,荷载超过极限荷载是深埋巷道锚杆破断失效的外因;3)拉伸、剪切、扭转等载荷复合作用下,锚杆有效直径减小,拉应力增大,导致破断失效;4)采用恒阻大变形锚杆或二次支护工艺,能够实现深埋巷道锚杆破断失效和围岩变形的协调控制.研究结果对深埋巷道围岩控制具有参考意义.     

基于ABAQUS的三维锚杆单元开发

利用大型有限元软件ABAQUS所提供的用户单元子程序UEL接口,开发了一种三维锚杆单元.该单元所采用的本构模型可以模拟锚杆初锚、增阻、恒阻、降阻全过程,并考虑了锚杆的横向剪切加固效应.算例分析表明,利用此自开发单元可得出合理的锚固数值分析结果.     

大强煤矿深井软岩马头门支护技术

以大强煤矿副立井马头门硐室为工程背景,根据工程地质条件和围岩特点,借助FLAC3D有限差分程序进行传统支护下的数值计算。结果表明,该硐室采用传统的锚网喷＋锚索＋普通混凝土支护形式,出现围岩变形明显、应力集中程度大、硐室围岩整体失稳破坏的情况。为解决这一问题,结合软岩工程力学理论及室内物化实验结果,分析马头门硐室的破坏机理,提出恒阻大变形锚网索＋底角锚杆＋柔层桁架耦合支护的力学控制对策。实践表明,新型支护技术有效地控制了深井软岩马头门硐室围岩的大变形破坏,取得了良好的支护效果,具有推广应用价值。     

基坑周边建筑物不均匀沉降变形的模拟分析

为解决基坑工程对周围建筑物产生影响的问题,应用弹塑性大变形理论对桩-锚支护形式下基坑开挖引起的周边建筑物不均匀沉降问题进行了模拟分析.分别研究了建筑物距基坑8.5、17.0、25.5和34.0 m时,锚杆层数、开挖深度等因素对周边建筑物不均匀沉降变形的影响.研究表明:当建筑物与基坑的距离小于1.5H(H为基坑开挖深度)时,建筑物的不均匀沉降变形受锚杆层数的影响较大,并随锚杆层数的增加而减小,当建筑物与基坑的距离大于1.5H时,建筑物的不均匀沉降变形受锚杆层数的影响不大;一般地,建筑物的不均匀沉降变形随基坑开挖深度的增加呈现正-负-正的变化趋势,即出现了倾斜方向的变化;当基坑开挖深度大于临界开挖深度时,建筑物的不均匀沉降变形显著增大.     

锚杆参数对深基坑变形影响的有限元分析

目的研究深基坑锚杆支护结构中锚杆不同参数对深基坑变形的影响,为锚杆支护结构优化设计提供参考.方法基于沈阳地铁北大营街站附属基坑工程,利用岩土有限元软件Midas GTS NX建立基本模型和对比模型,分析施工过程中锚杆锚固长度、锚杆倾角、预应力大小等参数在不同取值范围下基坑的变形情况.结果锚杆锚固长度增加时,基坑变形随之减小,但锚杆对基坑变形的限制效果的增幅随之减小;锚杆倾角增加时,预应力锚杆的作用效果呈先增加后减小的趋势,当锚杆倾角超过20°时,锚杆支护的作用效果急剧减弱;锚杆轴力增加时,基坑变形的减少和预应力的增加接近线性关系,在轴力增量超过200 kN之后,轴力增加不能对基坑变形产生明显的变化.结论在沈阳地区地质条件下,预应力锚杆锚固长度建议取8～12 m,锚杆倾角取10°～20°,预应力取150～200 kN.     

扩大头锚杆结构参数优化研究

目的研究锚固段直径、扩大头直径、锚固段长度、扩大头长度对锚杆受力和稳定性的影响,为扩大头锚杆的设计和施工提供理论依据.方法基于某风电场工程实例,通过有限元分析软件ABAQUS求解不同结构参数下的扩大头锚杆受力特征及周围土层的变形情况和其对锚杆自身的竖向位移的影响.结果锚固段长度增加,使其水平位移逐渐变小后趋于稳定;锚杆锚固段直径的增加,使其周边土层的变形程度减小,同时锚杆轴向力缓慢减小.结论扩大头锚杆锚固段长度为6 m,扩大头长度为0.5 m,锚固段直径为150 mm时,在控制土地变形和锚杆自身位移方面效果最好.扩大头锚杆结构参数对其自身受力及稳定性的影响很大,为以后在扩大头锚杆方面的研究设计与施工理论提供了一定借鉴.     

高压爆炸荷载作用下抗爆门设计方法探讨

作为抗爆结构的重要组成部分,在发生偶然爆炸时抗爆门会直接承受高压爆炸荷载作用.抗爆门设计的合理与否直接关系到整个抗爆结构的成败.为了使抗爆门的设计更加合理可行,对《抗爆间室结构设计规范》中抗爆门的设计方法进行了探讨,结合抗爆门设计实例,给出了抗爆门的设计流程,可为类似工程提供参考.     

爆炸作用下钢框架单柱模型计算方法

为了求解爆炸作用下钢柱的动力响应,研究钢柱的抗爆性能,以钢柱变形后单元的弧线长度和截面转角为未知量,得到钢柱在爆炸作用下受力性能的差分计算方法,此方法可考虑钢柱大挠度和轴向变形对其截面曲率的影响;通过算例与有限元的计算结果进行对比,验证差分计算方法的可靠性,同时给出该方法的应用条件。结果表明,考虑钢柱大挠度和轴向变形的差分计算方法可有效用于钢框架单柱的抗爆计算,计算精度满足工程需要。     

高速冲击试验机设计与结构件冲击拉压试验研究

为解决防冲支护设备在研发过程中缺少冲击加载试验平台的问题,运用高速液压来实现大吨位冲击加载试验的方法,设计一种能实现静态加载和动态加载的冲击试验机.阐述了冲击试验机的组成及工作原理,设计了阀控液压缸控制系统.应用ABAQUS对冲击试验机的台架进行数值模拟,结果表明,台架在承受100 MPa冲击力时,静载下应力为15.17 MPa,变形为0.86 mm;动载下最大应力为60 MPa,最大变形为2.02 mm,均满足要求.通过冲击试验机对吸能构件进行冲击压缩试验、对锚杆进行冲击拉伸试验,结果表明,冲击试验机能有效完成静载和动载下的冲击试验,冲击试验机能较为真实的模拟支护设备在冲击地压过程中的受力情形.     

粘结式GFRP锚杆边坡锚固机理与实用设计方法

研究了粘结式GFRP锚杆的荷载传递机理与岩石边坡加固机理,提出了GFRP锚杆设计的原则、设计主要内容与流程、结构设计基本方法,并将之应用于工程实践.研究结果表明:GFRP锚杆的荷载传递取决于GFRP筋与砂浆之间的粘结性能,GFRP锚杆黏结力主要由化学胶结力、握裹力、机械交合力与机械锚固力组成,光圆锚杆与变形锚杆的粘结性能存在较大的差异;锚杆通过悬吊锚固、改变岩体应力状态、组合梁作用、阻滑抗剪等作用加固岩石边坡;由于GFRP锚杆对横向荷载有较强的敏感性,应加强对端部锚具的设计,建议采用钢套粘结式和楔形粘结式锚具.     

某深基坑支护结构变形分析与数值模拟

为研究深基坑支护结构变形特性,以新景世纪城基坑工程为例,采用数值模拟手段对该工程变形特性进行了仿真分析,运用现场监测数据验证了数值模型计算的准确性,深入分析了深基坑支护结构变形的影响因素.结果表明:抗剪强度指标越大,基坑位移越小,但不是特别明显;增加灌注桩的桩径、嵌固深度和锚杆长度,可以有效的抑制基坑位移,但是增加到一定程度时,这种抑制基坑变形的效果不但十分有限,还会大大增加成本消耗;锚杆倾角在15°左右时,支护结构变形较小.     

锚杆回收期的支护设计模式研究

为了研究锚杆回收时支护体系的变形和稳定性,引入非线性土压力理论,探讨坑内回填土和已施工完成的结构对基坑变形和稳定性的作用,建立锚杆回收期的修正弹性杆系有限元模型,并利用实际基坑工程监测数据和数值模拟验证模型的准确性。结果表明:在锚杆回收过程中,肥槽内回填土和内部结构施工到一定程度后才能抵消锚杆拆除对基坑稳定性的削减作用;如果未回填或结构施工不到位,则导致基坑过大的变形,甚至失稳。     

隧道横断面精细分区下系统锚杆布设最优组合

在解决工程类比法与现场施工匹配不足的问题上,系统锚杆设计与优化在工程实际中产生分歧与矛盾.为提高隧道初期支护系统锚杆优化精细程度,依托江玉高速香树坳隧道,基于数值模拟对系统锚杆进行分区研究,明晰横断面各区域系统锚杆参数敏感性差异.结果 表明:系统锚杆长度、直径、环向间距、纵向间距为围岩变形的主要影响因素;系统锚杆对围岩变形敏感性排序依次为环向间距、纵向间距、直径和长度;改变系统锚杆参数对围岩应力应变极值影响较大,而对应力应变分布特征影响可忽略;优化系统锚杆参数对其自身受荷特征改善大于其他构件,最大改善效果可达其他构件的3.17倍.研究结果可为同类工程提供参考.     

杆体可回收锚杆锚固性能分析

塑料锚头、金属可回收杆体，在锚固端能够提供足够大的胀锚力。在完成支护任务后，杆体可回收复用以降低支护材料成本。为了分析其锚固作用，应用ＡＮＳＹＳ软件，对其锚固性能进行了数值计算。分析结果说明，该锚杆具有恒阻让压特性，能够有效支护围岩。     

隧道围岩挤入型流变大变形预测及其工程应用研究

将高地应力条件下隧道软弱围岩发生挤入型大变形的复杂力学行为归属为变形速率快而收敛慢、量值大、达到稳定的时间长的一种非线性蠕变范畴,着重研究了对围岩挤入型大变形的预测方法及其可靠性评价.对乌鞘岭铁路隧道断层带施工开挖大变形问题进行了变形预测的工程应用,并对一种可用以解决上述围岩大变形问题的新型自进式压力分散型让压锚杆提出了应用建议.     

基坑开挖对周边环境的影响分析

为探究基坑降水开挖过程中基坑及周边环境的响应,以西北某实际基坑工程为背景,通过Plaxis 3D软件建立模型,分析了基坑开挖过程中基坑及周边环境产生的变形和围护结构锚杆上力的变化.结果表明：基坑开挖产生的土体变形是一个三维问题,剖面土体的变形受基坑阴、阳角的影响,这种影响的强弱与剖面距基坑阴、阳角的距离有关;在基坑围护结构中,锚杆锚固效果比土钉好30%左右,桩锚支护效果比复合土钉墙好20%左右;下排锚杆比上排锚杆承担更多的主动土压力,其自由段轴力比上排锚杆大;位于复合土钉墙支护段附近的道路受基坑开挖影响,其倾斜方向由最开始的朝坑外倾斜转变为朝坑内倾斜;位于桩锚支护段附近的既有建筑变形均在相关规范允许范围内,周边既有建筑处于安全状态.     

防冲锚杆索吸能构件合理螺纹参数确定

针对传统矿用锚杆锚索无法实现让压吸能的不足,为设计出满足防冲吸能要求的组合式锚杆索,对防冲吸能锚杆索的吸能构件中不同螺纹尺寸进行数值模拟研究,以确定满足设计要求的最优螺纹尺寸组合.利用ANSYS软件进行前处理、LS-DYNA进行求解计算,正交试验法进行结果分析,研究不同尺寸内螺纹吸能效果,考察各个因素对工作阻力的影响.结果表明:对构件工作阻力影响最大的参数是螺纹厚度,其次是螺距,最后是螺纹剪切高度.螺纹厚度越大,构件的工作阻力越大;螺距越大,构件的工作阻力越小;剪切高度为3 mm时,构件工作阻力最大;利用正交试验分析,得到满足设计要求的吸能构件螺纹最优尺寸为螺距10 mm,螺纹厚度4 mm,剪切高度3 mm.