深井软弱围岩巷道锚杆参数优化数值模拟

本文针对白集矿锚杆支护问题,运用有限差分程序FLAC,对支护结构的锚杆参数进一步优化,包括锚杆的长度、间排距等,为现场支护提供了理论依据。     

全长黏结式锚杆拉拔性能数值分析

为了研究全长黏结式锚杆拉拔工况下的应力变形特征,利用FLAC3D建立数值模型,分析锚杆受力特征、土体响应,以及拉拔性能的影响因素。结果表明,(1)锚杆轴力分布沿杆体逐渐减小;(2)随着加载的进行,破坏沿锚杆体迅速传递,最终导致锚杆整体破坏;(3)土体受到锚杆摩阻力的影响,存在被锚杆拉出的趋势;(4)随着围压的增大,荷载-位移曲线在破坏前的线性特征更加显著,锚杆的破坏荷载也逐渐增大,采用指数方程对其关系进行拟合能得到较高的精度;(5)围压的增加能够增大锚杆与周围土体之间的黏结力,但是存在一极限值,当围压增加到一定程度后,并不能提高锚杆的锚固力。     

软岩铁路隧道支护受力及优化分析

以玉磨铁路曼么二号隧道为背景,分析软岩隧道受力特征,以及施作临时仰拱对隧道围岩压力、位移的影响,为以后的工程方案比选提供参考。通过采用数值模拟和现场监测实际数据对比分析的方法,分析了三维隧道围岩、钢拱架的真实受力状态,模拟了有无临时仰拱时隧道的围岩压力和位移变化情况;探讨在软弱围岩地质情况下,有无临时仰拱对隧道应力场和位移场的影响,得出了施作临时仰拱对控制软弱围岩隧道的变形效果比较明显。结果表明:钢拱架右侧受力明显大于左侧,玉磨铁路曼么二号隧道受力不对称,可能存在偏压现象;实测数据与模拟数值变化趋势基本相同,验证了MIDAS/GTS能够有效地模拟隧道施工过程;通过模拟对比分析,施作临时仰拱时拱顶沉降值减小了15.5%,左拱腰位移减小了69%,右拱腰位移减小了66.7%,隧道围岩压力最大值为143.4 kPa,出现在拱顶位置,最大围岩压力减小了6.5%。     

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.     

端头锁定对锚杆受力影响的理论及数值分析

全长黏结锚杆端头是否采用螺丝垫板固定或者与钢拱架焊接将导致锚杆的受力特征发生显著差异,研究这种差异对于理论认识及工程应用这类最常规的支护措施具有重要的理论意义及实用价值.采用理论分析及数值模拟的手段,对是否采用端头锁定的两种类型全长黏结锚杆轴力/杆体表面剪切力的分布形式进行了系统研究.主要研究工作如下:①根据两种类型全长黏结锚杆与围岩不同的作用方式,分析得到杆体轴力/表面剪切力分布的边界值;②通过理论分析,建立了能够反映两种类型全长黏结锚杆的杆体轴力/表面剪切力同围岩变形关系的统一微分方程;③以有限差分软件FLAC3D中内置的pile/cable结构单元作为基础,结合link,通过fish语言建立了考虑端头锁定的全长黏结锚杆模型构建方法;④分别采用理论方程和数值模拟对同一算例的两种类型全长黏结锚杆轴力/表面剪切力进行求解,对比论证了模型构建方法的合理性,研究了两种类型锚杆受力的差异性.     

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～...     

基于拉格朗日差分法的全长注浆锚杆支护参数优化

以安全系数作为边坡稳定的判断依据,运用基于强度折减的拉格朗日差分法,建立数值模型.分别改变注浆锚杆的6个支护参数,采用FLAC3D软件计算边坡的安全系数以及灵敏度,以此分析这些参数对于边坡稳定性的影响.研究结果表明：所探讨的因素中,对边坡稳定性影响显著的顺序（由大至小）是：锚杆长度、垂直间距、锚杆倾角、布设位置、锚杆直径、砂浆厚度;在分析结果的基础上,建立L9（34）正交模型,为工程实例中锚杆支护参数的选取提出优化方案.     

巷道快速掘进锚杆支护参数的数值优化

文章采用FLAC^(3D)数值模拟方法对河南永锦能源吕沟矿38026工作面回采巷道锚杆支护参数进行了优化设计,对锚杆间排距700mm,800mm,900mm,1 000mm四种支护参数从巷道收敛、围岩塑性区方面进行了分析,结果表明锚杆间排距均为900mm时巷道断面消耗锚杆数比间排距700mm减少4根,而且达到了与间排距700mm相近的支护效果,围岩变形小于100mm,锚杆锚固段位于围岩松动圈之外,锚固范围内的岩体得以强化,提高巷道围岩的承载能力,锚索锚固段位于老顶中粒砂岩中,可以对岩层起到很好的悬吊作用。     

近距离煤层巷道锚杆锚索联合支护参数数值模拟研究

基于甘庄煤矿近距离煤层巷道锚杆锚索联合支护参数设计,从近距离煤层巷道围岩实际及本矿巷道支护现状出发,采用MIDAS/GTS数值模拟,分析了近距离煤层巷道围岩位移、应力分布及破坏范围;研究了不同因素对巷道围岩变形与破坏的影响,设计得出合理的支护参数,进而提高锚杆锚索联合支护参数设计的科学合理性及实用可靠性,进一步发挥锚杆支护技术的潜力,为近距离煤层巷道支护提供理论依据及技术支持。     

偏压条件下排桩加内支撑支护深基坑受力与变形分析

基坑开挖受周围环境制约较大,需根据具体条件采取不同的支护方式。尤其对于狭长基坑两侧存在偏压的情况,基坑变形以及支护结构受力会存在较大差异。本文以西安科技八路综合管廊深基坑支护工程为研究对象,采用数值模拟与现场监测相结合的方法,对偏压条件下基坑的变形以及支护结构受力变化规律进行了深入的研究分析。研究结果表明：随着基坑开挖,水平位移和竖向位移均呈逐渐增大趋势,锚杆和内支撑对水平位移控制效果明显。桩身内力在锚杆与内支撑位置突变明显,避免了桩身受力过大。由于受右侧已开挖基坑的影响,导致基坑两侧变形有所差异,但位移值相差不大。说明该深基坑支护方案设计合理,支护效果良好,满足偏压条件下对基坑变形控制的要求。研究结果可为类似基坑工程的支护与开挖提供一定的指导。     

软岩大变形隧道锚喷支护的力学效应及失效原因分析

目前隧道锚喷支护设计仍采用以经验为主的工程类比法,由此造成支护参数与围岩地质条件不能完全匹配,在软弱岩体隧道中常引发围岩失稳大变形现象。以油坊坪隧道为例,首先对现场围岩失稳及破坏特点进行了分析,运用剪切滑移理论对锚喷支护系统的力学效应进行计算分析。计算结果表明,设计的锚喷支护参数具有足够的安全度,现场围岩失稳主要是由于施工扰动,促使本来较为软弱破碎围岩进一步恶化,造成锚喷支护体系无法达到设计的支护抗力,加上远超过计算值的实际形变围岩压力最终形成剪切破坏;据此提出施工方面的建议,为类似条件下隧道施工避灾减灾提供参考。     

高原地区特长隧道斜井洞口复杂偏压力学特性研究与施工优化

以中国一带一路重点项目西藏圭嘎拉超长隧道2#斜井工程为依托,研究了高原地区特长隧道斜井洞口复杂偏压力学特性与施工优化.采用有限元分析软件MIDAS-GTS NX建立2#斜井洞口段模型,分析复杂斜交偏压斜井洞口改线优化前后围岩变形、洞口衬砌结构内力等变化的力学变化规律,通过改变斜井出洞口线路布置,提出新的施工优化方案.研究结果表明:改线优化后斜井两洞口围岩塑性值降低25.72％,竖向应力分别减小20.68％和21.36％;衬砌结构内力均有不同程度降低;围岩竖向沉降最大值降低33.18％;左洞口拱顶沉降位移降低57.58％.2#斜井通过线路优化后改进施工方案,有效降低围岩复杂偏压对斜井洞口段结构影响,将建模理论计算值与施工现场监测数据进行比较分析,验证了线路优化后的施工方案最合理.     

深部高地压巷道锚杆和锚索支护参数的优化

为改善煤炭开采因深度增加而导致巷道支护困难的问题,在对唐口煤矿千米矿井轨道运输大巷顶板现场钻孔探测分析的基础上,通过对巷道工程地质条件的综合分析和工程地质力学评估,研究巷道的变形破坏机制和巷道围岩与锚杆、锚索的相互作用机理,有针对性地设计锚杆、锚索的联合支护方案,现场测试结果表明,该支护方案取得了良好的支护效果,为有效...     

树脂锚杆支护在井巷施工中的应用

阐述了梨园河矿井巷布置的特点,简要分析了支护承载性能,论述了采用树脂锚杆的必要性,介绍了树脂锚杆的构成、安装、锚固原理及受力情况。     

新型锚杆在巷道支护中的适应性分析

运用锚杆支护原理 ,对几种新型锚杆从技术特性、经济指标等方面进行了分析。论述了新型锚杆的优点与适应性。通过工程实例 ,证明其在煤矿巷道支护中的合理性与实用性。     

全长粘结式砂浆锚杆的力学特性数值分析

目前,对岩石锚杆的锚固机理和锚固效果的研究大多是通过现场试验的数据来进行,本文在总结现有研究的基础上,采用有限元软件对岩石锚杆的作用机理进行模拟研究,分析了在拉拔荷载作用下锚固段的应力、岩体内的位移及锚杆轴力的分布特点和衰减规律.研究发现,锚固段界面上的应力、位移及锚杆轴力主要分布在锚固段顶端以下一定范围内,随锚固深度的增加逐渐衰减并趋于零.本文的数值模拟研究对岩石锚杆的支护设计和提高施工水平具有重要的意义.     

锚杆预紧力和工作拉力力学分析

本文依据力学基本理论，对煤矿井下巷道树脂锚杆支护结构在静荷载作用下的预紧力和工作拉力进行力学分析，以期为锚杆支护参数选择提供一定的理论依据．     

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。     

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.