层状岩体中地下厂房围岩施工力学行为研究

对缓倾角层状岩体中的大型地下厂房施工力学行为进行了综合研究.详细分析了开挖过程中主厂房围岩不同部位(包括顶拱、上下游边墙)的现场监测资料,并借助基于非连续介质理论的离散元程序UDEC,综合分析了围岩的变形特征、剪位移分布、围岩应力分布、塑性区分布和锚杆轴力分布等岩体力学行为.结果表明,结构面(如软弱夹层、层面和节理裂隙等)是控制围岩变形的主要因素,软弱夹层的存在控制了围岩剪位移、应力和塑性区的分布,是导致锚杆轴力增大的主要因素,实时监测资料和理论计算成果吻合良好.     

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．     

隧道洞壁剪应力分布特征及影响因素分析

以隧道围岩位移为参量,推导出仅由围岩变形而产生的隧道洞壁剪应力计算公式.根据隧道洞壁剪应力计算公式可知,影响隧道洞壁剪应力分布的因素有隧道洞壁的部位、围岩弹性模量、隧道半径、锚杆间距、初始地应力因素.本文详细分析了隧道洞壁剪应力的分布特征以及这5个因素对隧道洞壁剪应力分布的影响程度,为隧道的支护设计提供了参考.     

拉压复合型锚杆锚固机理的数值及模型试验应用研究

针对全长注浆锚杆在深部隧洞中支护作用的局限性,为有效控制隧洞围岩变形、增强锚杆承载性能,本文采用有限元数值模拟法深入研究拉压复合型锚杆支护结构在岩石隧道加固过程中受到拉拔荷载作用下的界面失效特征及力学传递机制,并将锚杆应用在超载模型试验中,探究锚杆的支护性能。研究结果表明：锚固体与围岩相互作用接触界面的力学演化共经历了弹性阶段、塑性软化阶段、完全滑移阶段的渐进式失效过程。界面剪切力的传递也是从拉拔荷载较小时出现在承载板处,随拉拔荷载增大,向锚固段两侧转移,呈现双峰趋势。根据锚杆界面剪切力分布规律,提出了复合锚杆在低荷载和高荷载拉拔作用下的剪切力分布模型,此模型具有普遍性,进行的室内超载模型试验得出复合锚杆支护效果优于普通锚杆的结论,此研究可为复合锚杆在深埋隧洞等地下工程中的应用提供一定的参考价值。     

锚杆剪切过程中的受力机理分析

为了分析锚杆抗剪力及所受轴力随剪力变化规律,以节理岩体中的锚杆为研究对象,基于经典梁理论和最小余能变分法,推导了锚杆轴力随剪力变化的理论公式,提出了锚杆抗剪力计算方法.分析了围岩抗压强度、锚杆直径对锚杆轴力与剪力,以及由轴力与剪力换算得到的锚杆抗剪力的影响.研究结果表明:增大围岩抗压强度及锚杆直径,使锚杆轴力随剪力的增长速率降低;增大围岩抗压强度通过剪力部分提高锚杆抗剪力,而增大锚杆直径通过剪力和轴力共同提高锚杆抗剪力;围岩抗压强度增大使锚杆最优倾角略有增大,直径的变化对锚杆最优倾角没有影响,分析可知倾角为90°～120°时,锚杆抗剪力最大.     

锚杆尾部断裂机制和防破断方法应用

 基于岩体弹性能释放对锚杆的冲击作用,采用冲击动力学中刚性块对杆轴向碰撞的应力解,推导出了锚杆断裂的4种围岩应力条件。在此基础上分析了岩石弹性模量、锚杆弹性模量、锚杆直径与岩石泊松比等因素对锚杆断裂的影响。分析结果显示:在这4种围岩应力条件中,杆头被一次冲断基本上是不可能的,由于其他几种锚杆断裂时的围岩应力条件很接近,所以在实际中锚杆尾部被一次冲断的可能性最高,这也印证了锚杆尾部容易断裂的观点;另外,锚杆断裂的围岩应力条件受岩石弹性模量、岩石泊松比、岩石密度、锚杆弹性模量、锚杆密度、锚杆直径等因素的影响,其中影响较大的是岩石弹性模量与锚杆弹性模量的比值、锚杆直径和岩石泊松比;锚杆尾部断裂的围岩应力条件对于改进锚杆形式、优化锚杆力学性质有理论指导意义。最后,以马路坪矿的巷道工程为例,说明了锚杆防破断方法的具体应用,收到了良好的效果,可以在实际工程中推广应用。     

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.     

柔性注压锚杆结构优化有限元分析

柔性注压锚杆是一种新型锚杆,通过简化其力学模型,采用有限元方法模拟,分析了锚杆壁厚、钢丝位置、钢丝直径、橡胶材料以及围岩对锚杆强度和围岩与锚杆接触压力的影响,给出了一定结构参数下的最优结果.     

采动巷道岩体变形与锚杆锚固力变化规律

本文阐述了采动巷道围岩的变形规律,探讨了低阻力端锚和高阻力全锚锚杆在巷道围岩变形损伤过程中锚固力的变化规律,揭示了锚杆支护与围岩的作用机理,为采动巷道锚杆支护的选型设计及扩大使用范围提供了科学依据。     

锚杆预紧力的影响因素与确定

锚杆支护的主动、及时支护,主要体现在锚杆支护体系对巷道围岩施加较大的、及时的初期支护阻力,此初期支护阻力,提高了围岩的自承能力、有效地控制了巷道围岩变形。锚杆支护体系的初期支护阻力是由锚杆的初锚力产生的,锚杆的初锚力则是由安装锚杆时施加在锚杆上的预紧力产生的。锚杆预紧力是体现锚杆支护的主动性、及时性的主要指标。合理的预紧力可提高岩层的自支撑能力,保证整个锚杆支护体系充分发挥支护效能。     

锚杆与围岩相互作用的一种边界元实用计算方法

提出了一种新的全长粘结式锚杆与围岩相互作用的边界元计算方法．该方法将在锚杆作用下围岩所受的面力转化为围岩的位移，导出了锚杆与围岩相互作用的边界元公式，解决了弱奇异积分问题，编制了实用计算程序，并结合算例进行了验证．     

注浆锚杆对围岩加固作用机理及应用案例分析

不良地质条件下进行隧道开挖时,隧道围岩原有应力平衡状态遭到破坏,若控制不当,可能会引起隧道大变形等不良现象的发生。为进一步研究注浆锚杆在隧道开挖过程中的支护作用机理,以圆形隧道开挖过程为例,对其围岩塑性变形区域、围岩潜在破裂面等进行了分析计算,同时对锚杆阵列布置、锚杆有效长度等进行了优化设计,推导出了对应的计算公式。结合一个圆形开挖隧道的锚杆布设方式实例,考虑三种锚杆加固方案,对理论研究成果进行了验证,研究结果表明：(1)隧道围岩的拉应力会通过注浆锚杆向周围进行转移,以增强其开挖隧道围岩的抗压强度和弹性模量;(2)提高隧道围岩的抗压强度、弹性模量,可以有效地降低隧道的土压力和沿径向的变形,且可提高隧道开挖效率;(3)注浆锚杆对围岩的加固作用,受到锚杆材质、长度、抗拉强度、直径以及布设方式等多种因素的影响。     

导波在围岩锚固结构中传播的数值模拟

基于导波理论,把锚固锚杆当做波导介质来考虑,建立了围岩-砂浆-锚杆的三层介质模型,并利用有限差分程序对锚杆系统在瞬态击振力作用下的动力响应进行了数值模拟分析.研究表明:当激发波频率一定时,围岩质量越好,耦合到锚杆中的能量越少,导波透射到围岩中的能量越多,锚杆底端反射波振幅越小;随着围岩质量的提高,波能量的衰减越来越小,...     

平顶巷道锚杆支护机理的数值模拟

以现有锚杆支护理论为基础,利用ANSYS软件,通过模拟锚杆支护对顶板离层的影响和锚杆支护对巷道周边围岩强度影响,揭示了巷道锚杆支护作用的力学机理,得出锚杆支护可以有效地减小和限制直接顶的下沉和离层并能够阻止巷道周边围岩的变形,并使得锚固体的弹性模量有较大的提高,从而提高巷道周边的围岩强度,达到支护的目的.研究结果进一步验证了现有锚杆支护的部分理论,并且对锚杆支护工程提供了重要的理论依据.     

节理巷道变形非均匀性与锚杆支护优化

采用UDEC数值模拟软件,分析了不同节理倾角下巷道围岩的变形破坏特点,并对锚杆均匀支护方案和非均匀支护方案进行了对比分析。模拟结果表明:节理巷道变形及锚杆受力存在严重的不均匀性。随着节理倾角的增大,巷道围岩变形值及破坏范围逐渐增大,最大变形值发生的位置由顶底板中部向左肩和右底角逐渐转移。锚杆支护应根据节理角度不同实行非均匀支护,即锚杆安装角度应大致沿节理法线方向,节理影响严重的部位应加长锚杆。非均匀支护不仅能显著减小围岩变形,也明显改善了锚杆受力状况,使锚杆受力趋于均匀,有利于各锚杆加固作用的充分发挥及围岩自身稳定性的提高。     

全长锚杆轴力、剪应力及相对变位的计算

讨论锚杆与围岩间的相对变位关系,给出锚杆轴力、剪应力及锚杆与围岩间相对变位的计算公式及算例。     

注浆锚杆对围岩加固作用机理及应用案例

不良地质条件下进行隧道开挖时,隧道围岩原有应力平衡状态遭到破坏,若控制不当,可能会引起隧道大变形等不良现象的发生。为进一步研究注浆锚杆在隧道开挖过程中的支护作用机理,以圆形隧道开挖过程为例,对其围岩塑性变形区域、围岩潜在破裂面等进行了分析计算;同时对锚杆阵列布置、锚杆有效长度等进行了优化设计,推导出了对应的计算公式。结合一个圆形开挖隧道的锚杆布设方式实例,考虑三种锚杆加固方案,对理论研究成果进行了验证。研究结果表明:(1)隧道围岩的拉应力会通过注浆锚杆向周围进行转移,以增强其开挖隧道围岩的抗压强度和弹性模量;(2)提高隧道围岩的抗压强度、弹性模量,可以有效地降低隧道的土压力和沿径向的变形,且可提高隧道开挖效率;(3)注浆锚杆对围岩的加固作用,受到锚杆材质、长度、抗拉强度、直径以及布设方式等多种因素的影响。     

锚杆注浆联合支护大断面煤仓硐室围岩稳定性研究

以土朱矿井煤仓硐室为例,运用松动圈理论和组合拱理论分别计算了硐室围岩稳定性系数,2种理论计算得到硐室围岩稳定性系数均大于1.1,证明了锚杆注浆联合支护设计参数符合硐室围岩安全稳定的要求.运用FLAC4.0数值模拟软件计算分析了大断面硐室围岩的稳定性,建立了无支护、锚杆支护、锚杆注浆联合支护3种模拟方案,分别分析了3种方案时硐室围岩的变形情况,模拟结果显示锚杆注浆联合支护的巷道顶底板和两帮收敛量都较小,底鼓量也较小,能保证该巷道围岩的长期稳定.最后运用工程类比法确定采用锚杆注浆联合支护方案,并通过后期现场观测,证明锚杆注浆联合支护效果良好,能够保证硐室围岩的长期安全稳定.图4,参7.     

泥质粉砂岩地层浅埋联拱隧道锚杆支护效果研究

锚杆在软弱围岩等特殊地层中的作用效果一直是近几年的研究热点。为了明确泥质粉砂岩地层中系统锚杆的作用效果,本文通过现场监测的方法研究了泥质粉砂岩地层联拱隧道取消锚杆试验段与布设锚杆试验段拱顶沉降、水平收敛、围岩压力以及钢拱架内力等监测项目的变化规律和异同。结果表明：取消锚杆试验段拱顶沉降、水平收敛与布设锚杆试验段差别不大;取消锚杆试验段围岩压力略大,但分布较为均匀,试验段围岩压力均小于理论计算值;联拱隧道先开挖洞拱架内力大于后开挖洞,布设锚杆试验段由于锚杆约束拱架的作用导致拱架受力较小;隧道大部分位置锚杆受压,轴力范围为-4.45kN~4.23kN,最大拉力占杆体极限拉力值的2.35%,锚杆抗拉效用无法得到充分发挥。     

平顶巷道锚杆支护机理的数值模拟

以现有锚杆支护理论为基础,利用ANSYS软件,通过模拟锚杆支护对顶板离层的影响和锚杆支护对巷道周边围岩强度影响,揭示了巷道锚杆支护作用的力学机理,得出锚杆支护可以有效地减小和限制直接顶的下沉和离层并能够阻止巷道周边围岩的变形,并使得锚固体的弹性模量有较大的提高,从而提高巷道周边的围岩强度,达到支护的目的.研究结果进一步验证了现有锚杆支护的部分理论,并且对锚杆支护工程提供了重要的理论依据.