Dynamic calculation model and seismic response for frame supporting structure with prestressed anchors

A dynamic calculation model of frame supporting structures with prestressed anchors for the slope stability is proposed. The frame and soil are closely contacted in the role of prestressed anchors and they cannot be separated along the whole slope. The lateral displacement of frame and soil is nearly in phase. The movement characteristic satisfies the theory of elastic foundation beam. The frame is treated with elastic foundation beam in this model. The influence of prestressed anchors is simplified as linear spring and damped system related with velocity. Under the condition of horizontal earthquake excitation, the equation of vibration response is established by using the model of dynamic Winkler beam and the analytical solutions are obtained for simple harmonic vibration. This method is applied to a case record for illustration of its capability, in order to verify the method, 3D nonlinear FEM (ADINA) is used to analyze the seismic performance of this case, the comparative results show that the design and the analysis are safe and credible by using the proposed method. The calculation model provides a new way for earthquake analysis and seismic design of slope stability supported by frame structure with prestressed anchors.

托顶煤巷道锚固“梁-拱”结构分类及顶板冲击失稳机制

我国煤矿托顶煤巷道冲击地压频发,且冲击动载下顶板灾害尤为严重。为探究托顶煤巷道顶板锚固结构类型和冲击失稳机制,以陕西某矿301工作面回风巷道大面积冲击垮顶为工程背景,运用相似实验、理论分析及数据统计等方法,分析了托顶煤巷道围岩应力、位移和巷表加速度的动载响应特征,研究了顶煤厚度与支护构件影响下顶板锚固结构的分类特征,探究了弹性波下托顶煤巷道的应力响应机制,提出顶板锚固“梁-拱”结构的冲击失稳机制,评估了301工作面回风巷道的抗冲能力,并提出了相应的抗冲支护优化方案。结果表明:①冲击动载下托顶煤围岩应力和位移等监测数据验证了顶板存在内、外层的梁或拱形锚固结构,因顶煤厚度增加,顶板内层锚固结构存在由“梁”向“拱”的转换;②基于顶煤厚度与支护构件相对关系,将顶板锚固结构划分为薄顶煤的“叠加梁-拱”、厚顶煤的“组合梁-拱”和特厚顶煤的“组合拱”,建立了厚煤梁由“梁”向“拱”转化的临界厚度指标;③顶板锚固梁结构和锚固拱结构的冲击失稳机制为动静载荷下分别达到其拉伸、剪切强度极限后破坏,锚固“梁-拱”结构对冲击载荷的放大效应受其尺寸影响明显;④特厚顶煤的“组合拱”结构中内层拱承载强度较低,可增加锚杆长度提升内层拱厚,对应的“组合拱”结构的承载能力上升明显,与抗冲能力评估结果相符。

锚杆钻车运行中支护承载结构及围岩受力变形分析

目的针对单轨液压锚杆钻车运行过程中支护承载结构及围岩受力变形难以观测分析的问题。方法利用研发的CMMD4-35煤矿用单轨液压锚杆钻车,结合长城五矿1902S回风巷巷道现场情况综合分析钻车在大断面大倾角巷道动态运行的支护、承载及围岩协同受力变形特征。结果研究表明,钻车运行过程中吊挂板的受力变形在悬吊点处均达到峰值,工字钢在悬吊点的部分位移最小,与钻车直接接触的部分受力最大;锚索中部主要受到拉应力,靠近巷道一侧主要受到剪应力,而巷道两帮的锚杆拉应力主要分布在靠近巷道内部一侧;巷道顶板悬吊点处位移最大,两帮靠近顶板位移高于底板处,而巷道偏向低帮处底板的位移大于高帮处;以单轨液压锚杆钻车为核心的新型配套工艺可以有效控制围岩变形,支护效果良好,比传统以掘锚一体机为中心的机器化工艺掘进效率更高。结论研究明确了CMMD4-35煤矿用单轨液压锚杆钻车在实际应用的可行性,解决了现有掘锚一体机难以在复杂地质条件下大断面煤巷自动化掘进支护的问题,提升了煤巷支护效果掘进效率,为CMMD4-35煤矿用单轨液压锚杆钻车的现场应用提供了理论依据。

基于黏聚力模型的螺纹钢锚杆拉拔数值模拟

为研究螺纹钢锚杆锚固结构变形破坏机理,采用ABAQUS软件建立锚固结构轴对称数值模型,基于黏聚力模型,开展数值试验,获得锚固结构拉拔过程中锚杆变形、荷载以及锚固体位移场分布演化规律。试验结果表明:在相同的拉拔位移下,小肋间距锚杆也能够承受更高的拉拔荷载,表明小肋间距锚杆对巷道围岩变形的承载能力更强;在锚杆拉拔过程中,随着拉拔位移的增加,岩体破坏和离层区域呈倒碗形向岩体深部扩散,当拉拔位移增加至9.06 mm后,岩体锚固段末端处位移增速加大,岩体的最大位移为4.79 mm,出现在锚固段端口处,最终导致锚固段基体破坏;锚杆轴力与锚杆肋间距呈负相关,锚杆的轴力随着肋间距的减小而增加。

富水砂层深基坑支护结构模拟分析与优化

基于北京市通州区某深基坑工程,依据降水开挖及支护方案,使用midas GTS NX软件建模研究了在土钉墙-桩锚联合支护下,不同锚杆条件对富水砂层深基坑开挖变形特征的影响,并基于实际施工方案进行支护结构优化。结果表明,桩锚支护中预应力锚杆能够有效加固深层土体,约束其水平位移,显著改善基坑稳定性,相较于无锚杆情况,坡顶和桩顶的水平位移最大值分别减少了60.9%和75.4%;桩锚支护情况下,桩身侧移随桩直径的增大先减小后增大,存在最优桩直径范围,且该范围受到锚杆预应力大小的影响。

路堑边坡预应力桩锚组合支护结构的变形特性分析

以某公路路堑边坡预应力桩锚组合支护结构为研究对象,对预应力桩锚支护结构的变形特性进行全施工过程现场监测,获得了施工过程中桩顶侧向位移和桩后土体水平位移随时间和空间的变化规律。采用FLAC3D软件对边坡开挖过程中的支护结构变形进行计算分析,将计算结果与现场监测结果进行对比,对开挖过程中坡顶和坡底的土体竖向位移分布规律进行了研究。研究表明:预应力锚杆对桩顶水平位移和桩后土体水平位移有良好的控制作用,开挖过程中的土体水平位移呈现着坡顶与坡脚小、中间部分大的趋势,土体水平位移的增长主要发生在开挖的中期。开挖过程中的桩顶水平位移、深层土体水平位移、坡顶土体竖向位移及坡底土体竖向位移均在合理的范围内。预应力的大小会对桩锚支护结构的支护效果产生影响,设置适当的预应力可有效减小支护结构的变形。

基于抗滑桩-锚杆组合结构支护下边坡变形机制研究

为研究多地层地质边坡在抗滑桩和锚杆组合结构支护下的稳定性,依托贵州某水库工程,利用Midas GTS NX有限元软件构建典型水库边坡变形数值模型,对有无支护两种工况分别进行计算分析,研究水库溢洪道边坡的变形规律,得出结论如下:抗滑桩和锚杆组合支护可以减小边坡的变形,稳定性系数从支护前的0.85提升到支护后的1.52;抗滑桩在岩层交界附近弯矩和剪力最大;数值模型和实际监测变形值吻合良好。研究结果可为同类型地质边坡的组合支护设计提供借鉴和参考。

深基坑土钉墙与桩锚联合支护结构数值模拟与优化

为解决现有基坑开挖施工中存在支护桩设置不合理,造成地表沉降过大,影响施工质量的问题,开展深基坑土钉墙与桩锚联合支护结构数值模拟与优化研究。结合深基坑土钉墙与桩锚联合支护结构数值模拟得到的结果,对支护桩间隔距离、支护桩嵌固深度进行优化。采用优化后的施工方案可以实现对基坑地表沉降量的有效控制,提升工程整体施工质量。

小断面TBM全长锚固锚杆受力特性研究及参数优化

为探究小断面TBM隧洞锚杆支护在地层围岩中的受力特性及支护参数的合理性,依托安徽桐城抽水蓄能电站自流排水洞工程,分别采用岩体力学法和数值模拟法计算得到隧洞Ⅲ类围岩工况下的锚杆内力和围岩位移,并在洞内TBM掘进段紧随TBM选取3个监测断面,分别采用锚杆应力计和多点位移计监测得到实际工况下的锚杆内力和围岩位移。对3种方法得到的结果进行对比分析后得出:1)数值模拟法和岩土力学法计算得到的轴力值变化趋势相近,均在锚杆中间部位出现轴力最大值,与中性点理论相符,最大轴力值为4.78 k N;2)3种方法得到的围岩位移值变化趋势相似,均在隧洞围岩表面出现位移最大值,在岩层内部围岩位移最小,最大位移为2.03 mm。进一步,与已有关于较大断面隧洞结构受力研究成果对比发现:小断面TBM隧洞的锚杆轴力及围岩变形均较小,锚杆支护作用未得到充分利用,据此提出了延迟、减少或取消小断面TBM隧洞锚杆支护的优化建议。

已开挖深基坑地下水上涨应急状态下降水技术

考虑已开挖高水位深基坑砂卵地基透水率高,基坑内降水井成井和封井需在有水环境下施工,成井难度大,降水井封井质量直接影响到工程整体的防水效果,基坑地下水控制难度大。结合实际工程,创新采用液压潜孔钻机成井技术和遇水膨胀阻水木塞降水井复合封井技术,可克服有水作业环境施工难度大、基层砂卵石地层钻机成孔难度大、封井难度大等施工难点,降水井成井效果好、施工效率高,封井质量优、防渗漏效果好。

大角度斜拉桩结构特性研究

大角度斜拉桩支护结构可节约坑外占用空间,具有施工便捷、造价较低等优点,适用于坑外锚拉空间受限的场景。为了进一步分析其变形和受力机制,选取典型中密砂土进行单一土层数值建模,通过改变锚索角度以及开挖深度对结构受力及变形特征进行分析,结果表明:锚索角度变化对结构受力及变形影响较大,将锚索简化为水平弹性支座将产生较大的计算偏差;需要考虑轴力对桩身抗弯、抗剪承载力的提高作用以及单桩竖向承载力问题。将锚索对支护桩的约束作用考虑为斜向弹性支座,建立了更加符合实际受力状态的力学计算模型及平面杆系有限单元法实现途径,将其应用于实际工程,通过与监测数据对比,结果表明大角度斜拉桩具有良好的支护性能,提出的力学计算模型能够准确地反映该种新型结构的受力、变形特点。

高边坡治理中桩锚支护结构稳定性分析

文中利用数值模拟方法,对桩锚支护结构桩身弯矩、桩身剪力、桩身轴力、桩身水平位移与桩体埋深的关系进行模拟分析。结果表明,排桩桩顶的上边坡存在浅层滑移面与连通的塑性区,边坡最大位移位于边坡中下部,最大沉降量为31.5 mm,最大水平位移值为13.2 mm,边坡稳定性安全系数为1.8,满足GB 50330—2013《建筑边坡工程技术规范》要求,即本边坡工程处于稳定状态。随着桩身的增加,排桩桩身的弯矩、轴力、剪力及水平位移均表现为先增加后降低的变化规律,最大的排桩桩身弯矩为1300 kN·m;最大的排桩桩身轴力为3460 kN;最大的排桩桩身剪力为410 kN;最大的排桩桩身水平位移为3.15mm。

紧邻桩锚结构深基坑新建深基坑的关键技术研究

随着我国生活水平的提高,高层、超高层建筑越来越多,相应地,基础埋深也越来越深、越来越复杂。但当前对相邻基坑同步施工的研究案例少之又少,因此,以深圳湾超级总部基地项目为例,通过受力体系分析,提出了针对紧邻桩锚结构深基坑新建深基坑的关键技术。首先通过在既有基坑填土反压,使得进入待建基坑支护体系失效,再进行相邻拟建基坑围护体、水平支撑及竖向支承系统施工,待相邻拟建基坑围护体系达到设计强度后,再对双方两侧土方进行开挖卸载,避开旧新基坑的相互影响关系。该技术方案既保证了原有基坑的安全,又确保新基坑顺利进行、缩短了工期,同时形成了发明专利,可为后续类似工程提供借鉴。

构造应力下软岩巷道围岩变形控制技术研究

针对黑龙煤业12采区总回风巷在构造应力影响下易发生变形破坏,原有支护方式失效的问题,通过理论分析和数值模拟等多种方法进行巷道围岩变形控制技术分析研究,确定巷道围岩变形机理,针对不同围岩破坏程度,在原支护方案的基础上设计分类支护方案,即针对顶板严重破坏区域使用注浆锚索加固,顶板轻微破坏区域施加补强锚索支护,通过垂直应力和位移场多阶段模拟,验证了优化方案能够有效改善巷道应力状态,控制巷道围岩变形程度,提高支护区域的稳定性,降低矿井支护成本,减少巷道返修周期,保证了工作面的安全高效生产。

双排桩支承肋柱式桩板墙联合锚碇墙结构数值研究

针对重力式挡墙无法满足错综复杂场地支护需要的问题,提出一种双排桩支承肋柱式桩板墙联合锚碇墙的新型支挡结构,依托青岛某高填方边坡工程项目,基于数值模拟软件FLAC^(3D)分别建立了锚索及刚性加筋板的新型锚碇板墙和双排桩支承肋柱式桩板墙联合锚碇墙的边坡支护数值模型。并对该边坡在两种支护结构下的安全稳定系数、挡墙位移及桩板墙弯矩受力情况进行对比分析。数据表明:采用锚索及刚性加筋板的新型锚碇板墙支护结构的边坡安全稳定系数、挡墙顶部位移及桩板墙最大弯矩分别为13.6、0.261 m及593 kN·m;而采用双排桩支承肋柱式桩板墙联合锚碇墙支护结构的边坡安全稳定系数、挡墙顶部位移及桩板墙最大弯矩分别为13.9、0.225 6 m、269.3 kN·m。双排桩支承肋柱式桩板墙联合锚碇墙支护结构具有更好的安全性及抗变形能力。随后对双排桩支承肋柱式桩板墙联合锚碇墙结构的设计参数进行研究,发现随着桩长、桩径增大,支护结构具有更强的抗横向变形能力。

基于正交数值试验桩锚支护结构参数反分析优化

为研究桩锚支护结构设计参数对基坑稳定安全系数变化规律的影响,依托现场工程实例,采用正交数值试验分析不同桩锚支护结构设计参数对基坑稳定安全系数的影响规律,并采用回归法反分析优化桩锚支护结构设计参数。研究结果表明:基坑稳定安全系数随锚索安置倾角的增加而先增大后减小,且前期增加速率大于后期的减小速率;随着锚索锚固段长度的增加,基坑稳定安全系数增大且增大速率均逐渐减小并将最终趋于稳定值;基坑稳定安全系数随着桩底嵌固深度的增加而提高,随着桩间咬合量的增加而降低;锚固段长度和桩底嵌固深度是影响基坑稳定安全系数最显著的两个因素;最优参数选取锚索安置倾角为14.7°、锚固段长度为6.8 m、桩底嵌固深度为1.6 m、桩间咬合量为209.6 mm。

微型钢骨桩综合防护体系在边坡防护中的应用分析

工程中遇到的复杂临时边坡,普遍具有安全储备要求较低且使用时长较短的特点,这类边坡在不具备放坡条件时,如果采用抗滑桩、预应力锚索框格梁等传统支护措施进行防护,则容易造成较大的工程浪费。采用微型钢骨桩+预应力锚索组成的“双柔性”支护结构,在满足工程安全需求的前提下,具有施工简便,造价合理,占地面积小,地质、地形适应能力强等优点,可在类似工程中进一步推广应用。

深基坑支护结构影响因素及其监测分析研究

针对深基坑工程的变形状态及规律,分析广东南部沿海城市某基坑工程现状,利用Midas FEA软件设计桩锚支护结构,以此增强结构稳定性,并对设计的桩锚支护结构进行监测。结果表明,深基坑支护结构影响因素为支护桩桩间距、桩径和预应力锚索预加力,项目的支护结构桩间距为1.20 m,桩长为18.00 m,预应力锚索预应力为200 k N时较为合理。监测结果说明基坑支护结构稳定性较好,监测方法存在可行性。

某超深超长地下室结构难点分析与设计

由于城市建设用地的紧张和"停车难"等问题的日益突出,人们大规模开发和利用地下空间,超深超长的地下建筑日益增多,此类地下室结构设计技术难点更多更复杂。以厦门某项目B地块6层地下室为例,该项目地下室结构设计存在抗浮设计水位高、温度应力大、基坑支护需加固等诸多难点。针对以上难点,通过深入分析合理确定抗浮锚杆设计方案、采用特殊的防水设计做法、设置合适的后浇带及计算温度应力等抗裂措施,并结合工程情况采取合理的基坑支护加固方案,希望对类似超深超长的地下工程开发设计提供借鉴。

隧道洞口边坡锚索框架梁支护研究

近年来,公路隧道的修建在不断地进行中,同时在施工当中也伴随着较大的安全隐忧,因此隧道洞口的边坡支护对于隧道工程具有现实意义。文章以某隧道2号隧道洞口为例,采用FLAC 3D软件进行单因素变量分析不同锚固力、锚固角度和锚固间距对支护体系的影响,在理论计算方法的基础上,结合数值模拟分别在不同锚固力、锚固角度和锚固间距下对预应力锚索框架梁进行模拟计算与分析,最终得出在以上三种情况下的坡面位移图,然后通过观察位移图的变化并结合理论分析提出最优的支护结构参数。文章可为此类隧道工程中预应力锚索框架梁的结构参数优化设计提供技术参考。