地下洞室全长粘结式锚杆受力分析方法

以地下洞室全长粘结式锚杆为研究对象,分析了锚杆与围岩荷载传递机制,导出了相应的荷载传递基本微分方程.结合围岩自由变形,采用有限差分法求解方程,进而得到锚固体轴力和界面剪应力沿杆长分布.采用二折线剪切滑移模型描述锚固体界面力学特性,考虑锚固体滑移,将界面的超余剪应力转化为模型节点荷载,通过不断更新围岩位移以修正锚固体内力.基于此锚杆算法,模拟了拉拔试验,结果表明该方法合理、可行.通过对某引水隧洞特征锚杆的受力分析,计算了围岩弹模、界面剪切刚度、砂浆厚度、锚杆直径和锚杆长度对锚固体受力的影响,计算结果可为地下洞室锚杆布置优化提供理论依据.     

支护时机对洞室围岩变形的影响

为了维护地下洞室群的稳定，如何采取合理、适时的支护一直是工程界所关心的问题.基于施工力学的分析方法，建立了地下洞室分期开挖、适时支护仿真计算的有限元列式.结合工程实例的计算，分析了不同支护时机对地下洞室洞周围岩变形的影响，得到了一些对工程施工有参考价值的结论.     

锚固洞室平面装药条件下模型试验

通过室内模型试验,从洞室破坏形态、自由场应力、洞壁应变、拱顶和底板位移、洞室围岩加速度5个方面,对不同锚杆支护形式洞室在平面装药条件下破坏情况和受力变形特点进行了研究。试验结果表明:在平面装药条件下,洞室破坏主要发生在拱顶及拱角附近,全长黏结式锚杆带筋板支护形式能明显减小拱顶拉应变、拱腰压应变和边墙竖向应变。弹力式锚杆带筋板支护形式能明显减小拱顶拉应变和边墙竖向应变,但会增大拱脚环向压应变;两种支护形式对边墙底部应变影响不明显。总体来看,全长黏结式锚杆加固效果较弹力式锚杆好。试验结果对锚固洞室抗爆设计具有重要参考价值。     

大型地下洞室围岩最佳支护时间的判定

对新奥法在大型地下洞室施工中的二次支护时间的现有判据进行分析,发现其考虑因素欠全面,主要以变形量或变形速率为主,洞室位移相对值不适应大型洞室.以围岩变形为研究对象,提出大型洞室围岩变形达到总变形的80%、洞室周边水平收敛速度小于0.2 mm/d、顶拱或者底板垂直位移速率小于0.1 mm/d、隧洞周边水平收敛速度以及拱顶或底板垂直位移速度明显下降、位移加速度应基本接近于0作为大型地下洞室最佳支护时间的判据.为了验证该判据的合理性,选择了向家坝大型地下洞室一个断面,按照实际开挖顺序,计算了不同开挖层的最佳支护时间.向家坝地下洞室该断面处围岩拱顶、不同开挖层上下游侧边墙最佳支护时间在8～18 d之间,较好地符合了向家坝实际支护时间.     

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．     

锚杆支护下深埋圆形洞室塑性区半径的近似解

基于无支护条件下深埋圆形洞室塑性区半径的经典求解公式,导出了塑性区半径与围岩单轴抗压强度和黏聚力之间的关系式,进行了围岩体内摩擦角和黏结强度对塑性区半径的影响敏感性对比分析,得出黏聚力对塑性区半径的影响比内摩擦角对其影响敏感性强。基于国内外学者对黏结式锚杆加固机理研究成果,导出了深埋圆形洞室锚杆支护条件下塑性区半径的近似计算公式,通过具体算例进行分析,结果表明:开挖半径一定情况下,锚杆支护下深埋圆形洞室的塑性区半径的大小不仅跟岩石本身特性有关,而且跟锚杆的规格、力学性能及布置情况都存在关系。     

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.     

地下厂房洞室群动力反应时程分析

采用动力时程分析法,对杨房沟水电站地下厂房洞室群地震反应进行了三维非线性数值模拟,分析了洞周围岩的加速度、位移时程变化及应力分布特征.计算结果表明,在地震荷载作用下,洞室高边墙对加速度有一定放大效应;洞周围岩地震位移波形与输入地震波形一致,围岩各质点间的相对变形及围岩永久变形均较小;围岩应力分布较为合理,最大主应力及最小主应力幅值较小,地下洞室群在设计地震荷载作用下抗震稳定性较好.     

基于EFAST法的地下洞室静动力稳定参数全局敏感性分析

进行地下洞室静动力稳定参数敏感性的研究,可为地下洞室结构喷锚支护设计提供科学决策依据.本文采用基于全局敏感性分析的EFAST法对地下洞室在静力边界下围岩的应力、变形的参数敏感性进行了分析,并对有限元法与离散元法计算得到的敏感性结果作了对比分析.采用有限元法与块体理论,对块体的稳定性进行了分析,并采用EFAST法研究了块体受围岩岩体参数影响的动力敏感性.结果表明,在静力边界下弹性模量对围岩变形影响的敏感性最大、内摩擦角对洞室最大主应力影响的敏感性最大;对影响块体滑移的岩体参数的动力敏感性分析结果表明,得到的总体全局敏感性较大、一阶全局敏感性较小,表明块体滑移受单一岩体参数变化的影响程度较小,受多种岩体参数的联合作用的影响程度较大.     

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.     

盐岩水平储气库的相似模拟建腔和长期稳定性分析

利用地下盐穴作为油气储库是一种常见的方法。但由于中国地下盐矿层状盐岩居多,特点是单层厚度薄,不溶物含量高,因此单井造腔腔型控制难度大,造腔速度慢。根据双井对流建库方法,通过实验模拟建造的水平盐穴为模型基础,依据湖北云应地区盐矿地质条件和盐岩的物理力学性质,数值模拟其在不同埋深情况下建造后腔体长期运行体积收缩情况。通过实验发现采用双井对流造腔方法建设储气库是可行的,腔体的形状可以通过流量和油液分界面来控制。对地下盐岩水平储气库的岩石长期蠕变模拟发现,水平储气库随着埋深越大相同蠕变期内条件下腔体的体积收缩率和腔体周边塑性变形区体积也越大,同时使用寿命也越短。     

岩体边坡水平位移影响因素的数据挖掘方法研究

影响高边坡岩体安全稳定性的因素较多。为了更好地研究影响边坡稳定因素的敏感性,从边坡安全监控分析的角度对岩体边坡外观测点水平位移,进行了影响因素聚类分析。应用Clementine软件对岩体边坡外观测点水平位移进行了影响因素关联挖掘。以开挖、降雨、时效和支护作为边坡岩体的荷载集,以边坡岩体外观测点水平位移作为响应集,得出对岩体水平位移影响程度大小排序依次为监测时间、坡表开挖强度、硐室开挖强度、降雨强度、锚杆支护强度和锚索支护强度的结论。根据分析结果可以在控制边坡岩体变形时抓住主要矛盾,为监测分析和工程决策提供依据。     

地下水封洞库施工期洞室围岩变形松弛典型特征与规律

地下水封洞库施工期洞室围岩变形松弛特征与规律对其稳定性评价与灾害防治具有重要意义。基于地下水封洞库工程特征与典型洞库工程实例,整理分析了大量洞室围岩内部变形、表层变形、波速与锚杆应力等监测数据。结果表明：预埋的多点位移计测点位移主要为0.5-3mm,收敛位移监测值主要为4-8mm,拱顶沉降监测值主要为3-6mm,围岩时效变形不明显;围岩变形与爆破开挖有关,当掌子面或后续台阶开挖面接近监测断面时,变形出现陡增;围岩质量越差,开挖面空间效应越不明显;基于典型围岩特征曲线经验公式,结合预埋的多点位移计监测数据与数值模拟,提出了地下水封洞库洞室围岩损失位移确定方法,发现损失位移占最终收敛位移50%-60%;基于波速变化率提出围岩松弛程度评价指标,发现围岩最大松弛程度约为0.47,松弛深度为1.5m;洞室围岩锚杆受力普遍较小,锚杆拉应力与围岩变形基本同步变化。     

金川高应力碎裂岩体巷道变形与支护技术研究

分析了金川高应力碎裂岩体巷道围岩变形量大和流变变形显著这两个特点及其原因 ,给出了一次支护采用强力锚喷网、采用主动支护方法和提高第二次支护强度 3条支护对策 ,指出锚注支护是适合于金川高应力碎裂岩体特点的合理支护形式 ,并在金川二矿区 1 1 98水平修复巷道中成功试验了锚注支护 图 5 ,参 6     

东欢坨矿动压大变形巷道锚网索支护参数优化及实践

为解决动压影响条件下深井软岩大变形巷道难以维护的问题,本文对东欢坨矿巷道围岩弱结构变形特征和锚固支护机理进行了分析,考察了回采巷道受采动影响的围岩变形特点,对现有锚网索支护参数进行了系统优化,继而提出了该矿深井软岩大变形巷道锚网索支护的设计方案:锚杆提高围岩自身承载能力+底角锚杆控制底鼓+锚索缩小顶板岩层拉应力区范围+金属网形成柔性支护体系。井下实测结果表明,锚网索联合支护可实现大变形软岩回采巷道的有效支护。为其它矿区类似条件下的动压巷道合理支护提供了借鉴。     

三维隐伏溶洞对临近隧道围岩破坏特征的影响：真三轴试验与数值模拟研究

地质体中的溶洞经常导致地下工程围岩呈现不稳定状态甚至出现剧烈破坏现象。针对贵州紫金部分矿井巷道围岩存在溶洞这一典型工况,利用简化的类岩石试样开展真三轴压缩试验,结合声发射和内窥摄像头监测围岩的变形和次生破坏行为。研究表明：1) 溶洞将导致试样Z轴峰值荷载降低约25 %,次生破坏的出现时间更早,且主导性破坏更加集中地出现在峰值应力时段。2) 位于隧道右上侧的溶洞导致隧道右侧围岩呈现一种新的板状破坏,即破坏由隧道-溶洞的中间岩柱起始、沿隧道右侧壁表层围岩纵向发展、并最终形成岩块向内移动,该类型破坏的起始位置和岩块厚度与典型板裂破坏明显不同。3) 压缩型应力和剪切破坏在隧道围岩的板裂破坏过程中占据主导地位,且由于三维溶洞位于隧道右上方,其对隧道下方和左侧围岩的影响相对较小。4) 球形溶洞导致其与隧道之间的岩体内出现更为密集的次生拉伸和剪切裂纹,即该区域内岩体破坏程度明显高于其他位置。     

马蹄形洞室围岩稳定性结构面倾角效应分析

为了分析不同倾角结构面对马蹄形洞室围岩稳定性的控制机理,文章运用数值模拟的方法分析了15°、30°、45°、60°、75°5种典型倾角结构面横穿马蹄形洞室断面时围岩应力分布、围岩位移的特征,探讨了结构面产状控制围岩变形与破坏的机理。通过对应力场和位移场的分析可知:当结构面倾角小于等于60°时,塑性区随结构面倾角的增大不断减小;当结构面倾角大于60°时,塑性区随倾角增大而增大;在结构面倾角为60°时,洞室围岩的塑性区最小,相对稳定。     

大型地下洞室群变形实测与数值模拟

以某水电站大型地下洞室群开挖为例,建立了三维数值分析模型,研究了洞室群开挖后洞周围岩的变形特性并分析了锚索应力损失对周围岩体变形和应力状态的影响;通过模拟结果与实测结果进行对比,分析模拟方法的合理性和支护方案的可行性.结果表明,围岩水平位移在洞室边墙中部最大,竖向位移在洞室拱顶最大,在洞室交叉部变形也较为显著;模拟结果与实测结果较接近,能良好地反映洞室实际开挖的过程和围岩的变形规律;锚索预应力损失达到某一程度时会使围岩水平位移显著增大.     

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.     

龙滩水电站地下洞室群围岩变形与稳定性的二维弹塑性分析

龙滩水电站是红水河陡倾角层状结构岩体;两者的耦合作用,使洞室群围岩的稳定性,特别是主厂房与调压井的高边墙、洞室交叉口部位的变形稳定性尤显复杂,倍受关注.本文通过对龙滩工程厂房区地质调查,结合洞群结构分析,建立了工程地质概化模型,采用二维弹塑性有限元对地下厂房洞室群的施工开挖进行模拟,对比分析了多种不同条件下的洞室群开挖变形、应力以及屈服区的分布特征,获得了一些有益于指导施工的结果.