基于Hoek-Brown强度准则的锚杆支护效应研究

基于围岩增强理论原理,通过数值模拟对锚杆支护效应的量化问题进行了研究分析,建立锚杆密度与GSI之间的等效换算关系,从而对锚杆的支护效应进行量化,并得到以下结论:①锚杆密度与GSI分数之间成线性正相关,锚杆密度越大,GSI分数越高,对围岩的提升作用越大;②在锚杆密度一定的情况下,减小锚杆的排距比减小锚杆的间距对提高围岩强度的效果更为明显;③锚杆支护对硬岩的提升作用不显著,对软岩的增加效果十分明显,岩石越软锚杆的增强作用越明显。

紧邻地铁深基坑联合支护结构体系的设计与施工分析

钢管斜抛撑与双排桩的联合支护结构体系既具有支撑刚度大、变形小等刚性支撑的特点,又具有柔性排桩刚度小、适度变形等柔性支护的特点,在深基坑开挖支护中得到了广泛的应用。在兰州鸿森银滩广场项目与甘肃温商银滩综合体项目紧邻地铁的深基坑工程中,对“钢管斜抛撑与双排桩”联合支护结构体系精心设计,并从围护桩及立柱施工、格构柱施工、钢管斜抛撑施工、土方开挖等方面把控施工质量。施工监测结果表明:深基坑整体安全、稳定性较好,钢管斜抛撑与双排桩联合支护结构体系应用效果好。

支护结构参数对深埋软岩隧道影响及优化研究

为控制隧道大变形,保障施工安全,文中依托桂溪隧道,采用数值模拟和非线性规划的方式对隧道稳定性影响较敏感的支护结构参数,如喷射混凝土厚度、注浆加固厚度、锚杆长度进行研究并优化。结果表明,增加喷射混凝土厚度、注浆加固厚度、锚杆长度均能有效降低围岩关键点的变形,减小塑性区体积。但当这些参数过大时,其支护效果均会减弱。基于此,本文采用抽样计算和非线性规划方法对这3个支护参数进行成本及性能组合优化,得到最佳支护参数为厚度24 cm喷射混凝土+3 m锚杆+0.5 m注浆加固厚度施工方案。

Stability analysis of tunnel face reinforced with face bolts

Face bolting has been widely utilized to enhance the stability of tunnel face,particularly in soft soil tunnels.However,the influence of bolt reinforcement and its layout on tunnel face stability has not been systematically studied.Based on the theory of linear elastic mechanics,this study delved into the specific mechanisms of bolt reinforcement on the tunnel face in both horizontal and vertical dimensions.It also identified the primary failure types of bolts.Additionally,a design approach for tunnel face bolts that incorporates spatial layout was established using the limit equilibrium method to enhance the conventional wedge-prism model.The proposed model was subsequently validated through various means,and the specific influence of relevant bolt design parameters on tunnel face stability was analyzed.Furthermore,design principles for tunnel face bolts under different geological conditions were presented.The findings indicate that bolt failure can be categorized into three stages:tensile failure,pullout failure,and comprehensive failure.Increasing cohesion,internal friction angle,bolt density,and overlap length can effectively enhance tunnel face stability.Due to significant variations in stratum conditions,tailored design approaches based on specific failure stages are necessary for bolt design.

隧道锚杆拉拔试验测试方法的改进

本文介绍了隧道锚杆测试的一般方法,从锚杆拉拔仪、室内模拟法两个视角,给出了隧道锚杆测试的新方法,以此获取各类情况下锚杆的受力、位置变化情况,进而判定锚固系统的性能。改进发现:锚杆拉拔仪用于测试锚杆性能,能够增加锚杆测试的灵活性,使测定结果与实际情况更贴近;使用室内模拟法进行拉拔测试时,能从各类岩层工况视角,逐一开展锚杆拉拔测试,使测试方案更完整、测试结果更符合工程需求;联合测试法是从锚固结构的各类条件入手,分析锚固要素与岩层之间的拉拔关系,其中试块强度、应力属于正向因素,有助于增加拉拔力,锚固结构的厚度、长度,属于反向因素,会降低拉拔作用。

基于Mohr-Coulomb准则隧道围岩-支护体系协同作用下支护强度分析

确定围岩-支护结构体系动态协同变形关系是地下工程支护需要解决的关键问题之一。运用Mohr-Coulomb准则推导隧道开挖支护后围岩径向变形与支护结构径向变形的协同方程,探讨Ⅳ级围岩塑性半径、围岩位移及支护刚度随支护强度的变化关系;并运用FLAC3D数值模拟验证协同变形方程的合理性和有效性。结果表明,围岩-支护结构体系协同变形方程能很好地反映围岩位移和塑性区半径随支护强度变化的关系,且相互关系是非线性的。支护强度为0.75 MPa时,理论计算拱顶沉降为18.9 mm,数值模拟拱顶沉降为21.6 mm;支护强度为1.5 MPa时,理论计算拱顶沉降为11.2 mm,数值模拟拱顶沉降为11.1 mm,表明围岩-支护结构动态协同变形方程的有效性。针对Ⅳ级围岩在采用超前支护和交叉中隔壁法(cross diaphragm,CRD)施工时,建议支护强度设计为0.75~1.5 MPa,支护刚度设计为59.8~375.0 kN/mm。

隧道锚围岩拉拔模型试验研究及数值模拟

采用现场模型试验同FLAC3D数值试验相结合进行对比研究。介绍了坝陵河大桥西锚碇1:20、1:30现场模型试验,研究发现锚碇横截面位移呈马鞍型,向两端逐渐收敛,轴线方向呈梯形分布,围岩残余变形率呈V形分布,相同应力水平下,大尺寸模型的监测位移较大。数值试验发现,应力分布具有明显的分段特征,沿锚体呈不对称分布,可能的破坏方式是锚体带动周边一定范围岩体发生塞体状的整体拉剪复合破坏。设计和施工过程中应对显著变形区及破损区内的岩体进行重点加固。

基坑工程开挖对桩锚支护变形特性模拟分析

当前,地下工程的建设十分常见。地下工程对土体稳定性的要求高,为了预防施工风险,必须加强土体支护的设计、支护施工质量的控制。以长春某工程基坑为例,采用有限元分析方法对基坑进行数值模拟,探讨基坑开挖对基坑变形的影响,并对基坑隆起、桩身水平位移、锚具轴力等数据进行分析。将模拟数据和监测数据进行比较,验证了支护结构的合理性。

加长锚杆在软岩隧道大变形控制中的应用

文章针对如何控制软岩隧道施工中出现的大变形问题,结合谷竹高速公路寺坪隧道中出现的大变形情况,通过对大变形产生原因的分析和总结提出了采用加长锚杆来控制变形的支护方案;鉴于以往工程实例中系统锚杆的长度都是根据经验确定的,往往存在不合理之处,因而通过现场波速测试并结合理论计算来确定锚杆长度,并出于安全和经济的考虑最终确定锚杆长度为5 m;同时结合现场监控量测和现场试验,对新设计的加长锚杆支护方案和原先所采用的强支护方案进行了对比验证。结果表明,无论从围岩变形、受力以及支护结构的受力形态上看,加长锚杆支护形式都能有效地控制围岩变形,更能充分发挥围岩的自承能力和支护结构的效果。

地铁隧道初期支护渗漏水处理技术要点分析

地铁是缓解大城市交通拥堵问题的有效方式,地铁隧道施工容易发生渗漏水问题,这对地铁设备、混凝土结构、衬砌承载力以及衬砌安全等都有危害。加强初期支护渗漏水处理技术的有效应用对后续施工具有重要意义。结合某东大桥站地铁隧道施工,从施工技术因素、地质因素分析渗漏水成因;采用主体结构防水处理、浅层灌浆封闭、补强加固等渗漏水处理技术;采取就接缝错台、反弧段气泡、施工冷缝、灌浆等提出质量控制措施。实践证明,科学应用渗漏水处理技术,能确保渗漏水处理效果符合地铁隧道施工质量要求。

软岩大变形隧道自进式锚杆施工工艺探究

自进式锚杆作为一种有效的围岩支护措施,在软岩大变形隧道中应用广泛。依托成兰铁路德胜隧道,对自进式锚杆的原理和结构性能进行简要介绍,并对自进式锚杆施工流程进行梳理。进一步从人员、设备、工艺等方面,对比分析采用YT28风枪和锚杆台车施作自进式锚杆时的优势与不足。分析表明,自进式锚杆可以有效地控制隧道的变形,抑制塑性区的继续发展;采用锚杆台车施作自进式锚杆比采用YT28风枪施作自进式锚杆更有优势,施工效益更高。。

层状岩体深埋长隧道锚杆支护优化设计

层状岩体是地下工程中经常遇到的一种岩体,力学性质具有明显的各向异性。选择合适的屈服准则和强度参数变化规律,结合各向异性弹性本构方程,获得横观各向同性弹塑性本构关系,利用该本构模型对共和隧道锚杆支护方案进行数值计算。首先考虑地应力、岩性的影响,从围岩的变形、破坏形式、塑性区及锚杆拉力的大小等方面改进、优化支护设计方案;其次从实际工程出发,考虑施工难度、工程造价等因素的影响,得到改进方案Ⅰ效果较理想,通过试验段现场监测确定改进方案I。本构模型对计算结果的影响很大,正确模型的计算结果可以为实际工程提供科学依据。

压力分散型预应力锚杆的力学机理研究

通过对压力分散型预应力锚杆锚固段的受力分析,推导出了该类型锚杆的剪应力和轴力分布的解析解。在此基础上,对比了压力分散型锚杆与压力集中型锚杆的受力性能,结果表明,压力分散型锚杆的剪应力和轴力都大幅下降,避免了应力集中。讨论了岩土体的力学参数和预应力对剪应力和轴力的影响,结果表明,岩土体弹性模量和内摩擦角越大,则剪应力峰值越高,轴力衰减越快,且剪应力和轴力分布越集中;预应力越大,则剪应力和轴力越大;黏聚力越大,则剪应力有所增大而轴力有所减小,但影响不大。

锚杆拉拔试验与应力测试探讨

为确保锚杆的使用效果,对锚杆拉拔试验与应力测试进行了详细探讨,先通过锚杆和围岩的相互作用,进行锚杆拉拔试验,分析锚杆的受力特性以及锚固效果,再依据应力与应变的关系,评估锚杆的承载能力和变形特性,结果显示,均匀加载条件下,锚杆应力分布较为均匀,而非均匀加载条件下,应力集中现象明显,希望能够为工程相关从业人员提供一定的参考。

早强锚杆在高地应力层状软岩隧道中的应用研究

以在建的成都—兰州铁路杨家坪隧道为工程依托,选取条件基本相同的30m典型围岩区段为试验段,对普通锚杆、早强锚杆支护时的洞周位移、围岩与初支接触压力、型钢拱架应力及其锚杆轴力进行实测对比分析,探讨了早强锚杆在高地应力陡倾层状软岩隧道中的作用机制。结果表明:高应力软岩隧道中锚杆轴力为拉力,早强锚杆比普通锚杆轴力更大,可以使隧道洞周位移减小40%;早强锚杆使隧道边墙围岩压力和钢架拱顶应力减小,围岩压力分布和钢架受力趋于均匀;早强锚杆通过注浆材料深入围岩,可以提高围岩层面强度;及时发挥锚固作用,抑制了围岩渐进破坏过程,从而减小围岩塑性区;加长了锚杆的拉拔长度,减小围岩与初支接触压力,改善隧道支护的受力状况,有效地控制隧道变形。

人工砂在隧道喷射混凝土支护中的应用

人工砂是机制砂和混合砂的总称,在砂源缺乏地区经常在建筑、矿山、水利工程中得到使用。河南焦晋高速公路孤山隧道利用人工砂的一种即机制砂进行了喷射混凝土支护。通过试验和工程实践,对人工砂的物理力学特性进行了分析研究,并对人工砂代替天然砂在隧道喷射混凝土支护中的技术可行性、经济可行性和实施可行性等的优缺点进行了对比。结果表明,人工砂代替天然砂用于隧道喷射混凝土支护技术可行、经济节省、安全可靠,值得进一步推广使用。

预应力锚杆柔性支护喷射混凝土面层上的土压力

针对锚喷支护设计中面层土压力计算模式存在的问题,以预应力锚杆柔性支护技术为研究对象,假定锚杆间的土拱为二维平面拱,推导出了一种作用在喷射混凝土面层上的土压力计算方法,得到了面层土压力的分布曲线。分析土体黏聚力c、内摩擦角?、外摩擦角?和锚杆水平间距l对面层土压力的影响,并与简仓法计算结果进行了对比。结果表明,?越小,面层土压力越大,且简仓法计算值明显小于文中计算值;c对面层土压力最大值无影响;面层土压力最大值与l成正比;?对面层土压力也有明显影响,在实际工程设计中,不应忽略?对减小面层土压力的贡献。最后给出了计算面层上的土压力简化公式。

软弱围岩隧洞施工性态的力学模拟与分析

本文着重对软弱围岩隧洞施工中的力学性态进行了计算机模拟和分析。文中除提出了考虑隧洞开挖面时空效应的三维分析模型外，还计入岩体流变时效，进行了弹－粘塑性数值计算。其中，研讨了开挖面推进过程中洞室围岩与错喷支护的相互作用以及设置整筑式二次内衬的影响。用所建议的力学模型和编制的程序软件，结合某实际工程，分别就洞室上下台阶法分部开挖、全断面法一次开挖和侧壁导坑法扩大开挖等三种最常见的隧洞施工作业方式进行了模拟分析，并将计算成果与现场实测数据作了比较验证。

杆状支护系统的耦合模型及应用

锚杆/锚索等杆状支护系统在土木工程界的应用很广。但到目前为止,杆状支护物与被支护体之间的耦合机理却尚未十分清晰,有关支护效果的可靠合理的评价方法也并未成熟。基于Shear-Lap理论,提出一种改良的计算分析方法来描述杆状支护材料、交界面和被支护体之间的耦合作用机理。分析锚杆拉拔试验中由耦合到破坏的整个过程,提出一个计算交界面真实粘结强度的新方法。普通拉拔试验中,交界面的平均剪切强度低于其真实强度。二者的差别受支护杆的锚固长度和试件材料的物理力学性质的影响。若忽略试件材料的变形模量,可能导致试验的计算值与真实强度之间出现很大的偏差。分析不同变形模量试件体的拉拔试验过程,对于软岩支护中金属体的室内拉拔试验,建议试件材料的变形模量和相应的锚固长度。圆形隧道周边锚杆的受力状态分析表明,锚杆受力后存在拉拔区、中性点和锚固区。中性点的位置不但和隧道的几何尺寸有关,还与岩石的物理力学性质有关。计算结果和实测结果进行了对比,二者较为接近。

强挤压型隧道锚杆支护参数的确定

针对强挤压型隧道锚杆支护参数因无工程类比而存在的问题,提出了基于对数螺线角确定强挤压型隧道锚杆支护参数的方法。围岩作用于锚杆的区域可分为竖向受拉力区和强挤压受剪或水平受拉区。建立了一套确定锚杆支护参数的方法,并已成功地应用于家竹箐隧道。