砾石地层中自钻式锚杆锚固特性现场试验与数值仿真

自钻式锚杆为集钻进、注浆、锚固功能为一体的新型锚杆,能够克服卵砾石地层易塌孔及套管施工效率低的难题,拥有施工效率高、综合经济效益良好等优点,具有广阔的工程应用前景。基于洛阳某卵砾石场地现场拉拔试验与ABAQUS数值模拟相结合的方法,探讨了自钻式锚杆在砾石地层中的锚固特性和荷载传递规律。结果表明:自钻式锚杆在砾石地层中的锚固性能优异,能够满足工程需求。锚固体-土体界面平均黏结强度随锚固长度的增加逐渐降低;锚杆轴应力、剪应力和锚固体轴应力沿锚固深度呈指数分布;锚固体剪应力随锚固深度的增加先快速上升后逐渐下降,剪应力峰值随荷载的增加不断增大,但峰值点位置基本不变;随着拉拔荷载增加,锚杆对周围土体应力的径向影响范围增大,而深度方向影响范围维持在一定数值附近。

自进式管棚施工技术在软弱围岩隧道中的应用

针对传统管棚在软弱围岩段施工时易塌孔、送管困难等难题,以郑万铁路高家坪越岭隧道为工程实例,建立简支梁模型,对R51×10自钻式锚杆作管棚替代Φ76×6钢花管管棚的可行性进行了分析。结果表明:自进式管棚的抗剪强度和抗弯强度分别达到236.41,118.2 MPa,满足支护设计要求。采用自进式管棚对不同隧道Ⅴ类围岩段施工跟进2 043 m,施工效率达1.42 m/min,整体效益较钢花管管棚支护提高22%。以直径减少33%的自进式管棚替代钢花管管棚,在保证围岩支护安全的同时可提高施工效率、降低劳动强度,解决软弱围岩隧道的施工问题。

基于ANSYS Workbench对螺母与锚杆螺纹联结的数值分析

为达到自钻式锚杆在岩土锚固工程中的支护稳定性,保证锚杆抗拉力和蠕变性能,需满足配件与锚杆等强。通过ANSYS Workbench对R32锚杆与螺母配合后在轴向载荷作用下的应力和变形的有限元数值模拟分析,结果表明:1)在400 kN作用力下,径向配合间隙为0.2 mm时,锚杆与螺母联结最大应力值基本位于前3个联结螺纹的底部,65 mm长的螺母配合模型整体变形仅0.68 mm。2)0.5 mm的径向配合间隙的变形值较0.2 mm时增加97.06%。通过在0.2 mm间隙条件下与50 mm长的螺母配合比较可知,50 mm的螺母全长存在较大的应力区域,变形贯穿所有螺纹,存在失效风险。整体数值分析结果说明螺母在长度为65 mm时和锚杆配合间隙≥0.5 mm的情况下不能满足系统等强要求,而配合间隙≤0.2 mm的情况下,可满足锚杆系统的等强要求。试验验证的结果显示出与分析的一致性,系统拉伸时,90%的试样均在螺母与锚杆连接的底部出现失效断裂,其力值的变化也符合螺纹底部硬度测试规律。