基于Drucker-Prager屈服准则及加卸载判据的圆形隧道围岩-支护作用机制探讨

隧道围岩-支护相互作用机制是隧道力学中的基础理论,为了准确描述围岩与支护结构对隧道应力变形的影响,假定围岩本构模型为理想弹塑性模型,采用适用于岩土材料的Drucker-Prager屈服准则,考虑加卸载判据,证明了圆形隧道的开挖过程是一个加载过程,支护过程是卸载过程。通过大型有限元仿真软件Abaqus计算了平面应变情况下圆形隧道开挖与支护过程的弹塑性解。数值分析结果与理论公式结果相吻合,表明开挖的过程是解除内压、增大压差的加载过程,支护过程为施加内压、减小压差的卸载过程。支护后的围岩应力增量和位移增量符合弹性规律,且支护过后的应力等于开挖后的应力减去弹性应力。支护过程的卸载效应使得开挖过程产生的塑性区变成了残余变形区。研究结果可为工程应用提供参考。     

深基坑开挖中支护结构参数优化设计

支护结构严重影响深基坑开挖变形,已有研究缺乏对支护结构进行整体协同优化.本文利用MIDAS GTS NX有限元软件进行支护结构多参数对基坑开挖变形影响机理分析.研究了锚杆入射角、围护桩厚度和深度等结构参数对坑外土沉降和围护桩水平位移的影响机理,并对支护结构参数进行优化设计.结果表明：锚杆入射角对基坑隆起影响不大,对坑外土沉降有一定的影响,对围护桩水平位移影响较大;围护桩厚度、深度对坑外土沉降、围护桩水平位移都有影响.通过参数组合计算发现锚杆最优入射角为25°左右,同时改变围护桩的深度和厚度,在保证桩侧向位移不增加条件下,桩总体积可以减小20%,由此得到实际工程深基坑支护结构的最优方案,并通过现场监测数据进行了验证.研究结果为深基坑支护结构优化设计和变形验算提供技术支撑和应用参考.     

深井软弱围岩联合控制技术及耦合叠加拱承载效应研究

为有效解决深井软弱围岩巷道稳定控制技术难题,以淮南某矿-962 m轨道大巷为工程背景,依据软岩应力-应变曲线及围岩应力变化和强度之间的关系,建立圆形巷道围岩破坏分区力学模型,将开挖后的巷道由表及里依次划分为残余区、塑性软化区、塑性硬化区及弹性区,以阐明锚杆(索)锚固系统变形失稳机制,并提出深井软弱围岩的控制要点及关键技术。在此基础上,提出高预应力支护构件遏制残余区扩展、有效的支护承载区发挥围岩承载能力、极大提高软弱围岩承载强度及完整性、薄弱部位补强支护形成完整承载圈等4个围岩控制要点,进而提出“以高强预应力锚杆(索)为核心,浅、深孔分次注浆为基础,底角与底板锚注加固为关键”的全断面强化联合控制方案。结合支护方案特点提出实现内、外承载的“耦合叠加承载拱”结构。该耦合承载拱将支护体与围岩的相互作用和所提供的径向支护力相统一,对锚杆(索)支护阻力具有显著的放大作用。研究结果表明：围岩残余范围随硬化系数、软化系数、支护阻力及内聚力和内摩擦角的增大而减小,随扩容系数的增大而增大,而残余区、塑性软化区、塑性硬化区的边界发生渐进式扩展变换是导致围岩大规模破碎和锚杆(索)锚固失效根本原因。通过工程计算...     

爆炸荷载下刚-柔耦合围岩支护结构二维平板动态损伤破坏特征试验研究

为探究爆炸冲击荷载下以橡胶水泥砂浆(RCM)作为柔性吸能材料的“刚-柔耦合”围岩支护结构的动态稳定性,通过搭建二维平板爆炸冲击试验系统,开展单体平板试件在中心起爆方式下和组合体平板试件在偏心起爆方式下的单孔爆炸冲击荷载试验;并从炮孔动态膨胀响应特征、剥落区形成机理和爆生裂缝扩展机理3个方面,探究“刚-柔耦合”围岩支护结构二维平板试件的动态损伤破坏特征。最后,从应力波传播和协调变形2个方面分析讨论“刚-柔耦合”围岩支护结构中多层材料间的耦合作用特征与围岩稳定性机理,进一步印证以RCM作为柔性材料的“刚-柔耦合”围岩支护结构降低围岩及其支护结构动力损伤的潜力。研究结果表明：随橡胶体积分数增大,平板试件整体的损伤破坏程度明显减小;尽管RCM单体平板试件的爆后炮孔直径和剥落区面积因橡胶体积分数的增大而有所增大,但RCM有效降低了组合体平板试件的爆后炮孔直径、剥落区面积和爆生裂缝总长度。平板试件在爆炸冲击荷载作用下主要受到爆炸冲击波与爆轰气体的共同作用,尤其在底板对炮孔的封闭约束下,炮孔中也因爆炸能量的瞬间释放形成了向上的聚能射流效应,进一步导致了V形爆坑剥落区的形成。在同一起爆方向下,当橡胶体...     

深基坑支护施工技术的研究与应用

虽然深基坑工程支护技术已经取得了较多成功经验,但对于不同土质的工程来说所采取的深基坑支护方案以及施工技术措施又截然不同.文章结合工程施工实践经验以及某具体工程实例,根据工程特有情况选择针对性的深基坑支护施工技术方案,同时提出一些具有工程应用价值的施工措施,可供同类工程参考.     

矿用碟形托盘压缩变形及承载特性研究

为阐明碟形托盘在巷道锚杆支护系统中的作用机理,采用室内试验与理论分析方法,研究了矿用碟形托盘的压缩变形过程与承载特性,分析了托盘尺寸参数对承载能力的影响。研究结果表明：碟形托盘的压缩变形过程分为整体协调变形阶段、拱部弯曲变形阶段、拱部渐进屈服阶段和拱部完全失效阶段;碟形托盘可按变形特点划分为压缩变形区域、扩张变形区域和翘曲变形区域,压缩变形区域是托盘的主要承载区域;碟形托盘拱部尺寸和形状会影响其承载能力,最大承载力随拱底圆周半径的增加而增大,随拱部高度的增大先增加后减小,且拱部径高比越接近1,托盘整体承载能力越强。     

极浅埋深井筒过强富水断层防治水技术研究

新维煤矿主井筒开掘至165～250m段揭露富水断层F175,井筒围岩软弱、裂隙发育,易引起河水倒灌及大量淋水对井筒稳定造成较大威胁.本文根据工程地质条件,提出采用架设矿工钢支架、背接金属网、超前注浆及喷浆封闭与二次模筑钢筋防水混凝土相结合的联合支护方法,完成过断层水患防治工作,达到理想效果,为同类井筒施工提供有益经验和...     

温度对地铁深基坑支护结构的影响分析

目的 研究地铁深基坑工程中支护结构受温度的影响规律,分析造成影响的各种因素,为类似地铁深基坑工程支护结构的保护提供指导.方法 以有限元分析软件ABAQUS为基础,结合沈阳地铁十号线北大营站地铁工程,建立有限元模型,将分析数据与实测数据对比,以此验证有限元模型,并通过模型分析确定温度对基坑支护结构的影响因素.结果 温度对...     

顶推施工中临时墩位置对梁体制造误差的影响

根据连续梁桥顶推施工的特点和顶推过程中内力的变化规律,利用结构力学位移法建立简化的结构计算模型．采用该结构模型,分析了临时墩位置对梁体制造误差的影响,对临时墩位置与连续梁桥项推施工过程中梁段尾端转角之间的关系进行了推导和计算,得出了有利于减少梁体制造误差的理论上最优的临时墩位置,并以珠江大桥西桥为工程实例,验证了临时墩优化分析结果的正确性．     

深基坑支护技术应用浅析

介绍深基坑支护结构类型,现有的设计计算方法属于强度控制设计,不能满足日益严格的环境要求。动态的设计和信息化施工是深基坑工程发展必然趋势。