Aeroelastic modeling of wind loading on a cable-net supported glass wall

Wind loading study on a cable-net supported glass wall is conducted by means of wind tunnel tests. An equiva- lent aeroelastic model is designed and constructed. Response of displacements of the wall is measured and analyzed. In order to design a glass wall under wind loading, the ＂wind- vibration factor＂ is estimated and discussed. In fact, the mech- anism of wind acting on the wall is commonly known not only as positive pressure, but also as negative pressure caused by the flow separation on the corners of the building. Due to the diffidence in the mechanism of wind acting, two typi- cal response cases are classified. The results show that the dynamic response of the structure caused by the negative pressure is stronger than that of the positive pressure case. To determine the aerodynamic wind loading on a flexible part of structure on a building, wind tunnel study may be useful and play an important role.

基于预应力场分布的锚杆支护参数设计

为优化隧道施工预应力锚杆支护参数,通过模型试验与数值模拟相结合的方法研究Ⅳ级围岩条件下锚杆支护参数对预应力场分布的影响。结果表明:预紧力对锚杆预应力场的影响显著,预紧力越大,预应力场分布范围越大,锚杆主动支护作用越好;锚固长度过长会减小预应力场分布范围,锚固长度过短则不利于形成连续的压应力区,建议锚固长度取锚杆长度的30%~50%;锚杆间距越小预应力场叠加效应越明显,锚杆间距过小时在锚杆末端会出现拉应力区,建议锚杆间距取锚杆长度的42%。

强构造应力巷道高预紧力锚杆锚索联合支护效果研究

本文以新疆潞新二矿强构造应力巷道为背景,针对E4205下顺槽巷道围岩稳定性问题,对高预紧力锚杆锚索联合支护技术的应用效果进行了深入研究。首先,通过水压致裂地应力测试,测得最大水平主应力σ^(H)为13.33 MPa,最小水平主应力σ^(h)为7.05 MPa,垂直主应力σv为7.62 MPa,最大水平主应力方向北偏西47.0°;其次,采用FLAC^(3D)数值模拟,研究了两种预紧力等级下锚杆对巷道围岩应力分布的影响规律,揭示了高预紧力锚杆支护产生的应力值更大,形成的有效压应力区范围更广;最后,针对强构造应力地层巷道,提出了“高预紧力锚杆锚索联合支护”方式,通过监测,对比分析了采用高预紧力锚杆锚索联合支护技术应用前后巷道围岩的变形,发现高预紧力锚杆锚索联合支护方式能有效控制该类巷道的变形,保证工作面的安全生产。

基于双参数地基的隧道预支护拱棚壳体力学模型

隧道预支护技术作为重要施工辅助方法,除能够有效加固围岩外,还具有良好的承载、抑制变形作用。为了更好地模拟隧道预支护拱棚的真实受力,基于注浆管棚、水平旋喷拱棚所呈现出的壳体特性,首先,建立正交曲线坐标系,通过位移函数求解控制方程;然后,引入Pasternak地基模型,建立Pasternak双参数地基的拱棚壳体力学模型;最后,推导出拱棚挠度、内力、地基反力的解析解表达式。将所提模型进行案例计算和数值验证,再对预支护拱棚的变形、横纵向受力及地基接触反力进行分析,探讨了拱棚设计参数对旋喷拱棚变形的影响。与既有文献的分析方法对比表明,所提模型考虑了岩土体的连续性和注浆加固区整体性影响,相比传统方法理论上更贴近拱棚预支护真实受力状态;解析法和数值法得出的整体挠度曲线均呈勺形分布,结果吻合程度较好。力学分析表明:纵向上,拱棚能很好地调整压力分布,一定程度上使内部围岩处于免压状态;以开挖面为界,拱棚纵向弯矩、剪力的影响范围约为5倍开挖进尺。横向上,拱脚处剪应力起主导作用,拱顶处主要由正应力主导且容易发生材料破坏。不同参数对拱棚结构变形影响程度不同,总体表现为初始挠度>开挖进尺>桩径>开挖高度。

层状软岩隧道超前支护及锚杆定向预加固研究

为探究适应大变形隧道层理特性的定向预加固方法,依托九绵高速大变形隧道,通过岩石试验确定围岩参数,在数值模拟中验证了不同大变形等级及平纵层理角度下通过调整锚杆、超前支护施作角度与小导管间距的定向加固方法效果,3种大变形等级的现场试验段隧道变形均有较明显提升,验证了该方法适用性。结果表明:(1)支护压应力来自围岩变形挤压作用,锚杆、超前支护优化影响锚杆、小导管受力进而改变支护受拉,锚杆小导管优化效果随大变形等级增加而增强;(2)平面层理下,锚杆施作角度定向加固效果显著,强烈大变形采用双层小导管时可考虑超前定向加固,不同层理角度对锚杆、超前支护优化敏感性不同;(3)纵向层理斜向下时,通过增大小导管与纵向层理夹角而进行外插角定向优化;(4)纵向层理斜向上时,寻找围岩变形随小导管间距减小变化速率转折点从而确定最优间距,大变形等级越高、纵向层理倾角越大,最优间距越小。

涨壳式预应力中空锚杆支护效果及注浆工艺改进研究

为了研究涨壳式预应力中空锚杆对深埋隧道的支护效果,并对现有注浆工艺提出改进措施,依托中兰铁路香山隧道工程,采用有限差分数值分析软件FLAC3D,对比分析了普通砂浆锚杆和涨壳式预应力中空锚杆支护作用下的隧道围岩变形及应力状态变化情况;开展现场锚固试验研究,分析了锚杆长度和注浆体龄期对锚杆锚固效果的影响;进行现场注浆试验研究,分析了注浆方式和注浆压力对涨壳式预应力中空锚杆注浆密实度的影响,并对现有注浆工艺提出了改进措施。结果表明:与普通砂浆锚杆相比,涨壳式预应力中空锚杆控制围岩变形、改善围岩应力状态等的效果更佳,其中围岩变形可减小约40%;相比于锚固长度,注浆体养护龄期对涨壳式预应力中空锚杆的支护效果影响更为显著,当养护龄期为28 d时,支护效果可提升50.12%;采用中空杆体内注浆方式时,注浆压力需大于0.8 MPa方可达到最佳效果,且该注浆方式适用于涨壳式预应力中空锚杆水平或向下安装;采用中空杆体外注浆方式时,宜采用更大的注浆压力,且该注浆方式适用于锚杆向上安装;改进后的锚杆注浆口可以有效防止漏浆,保证了注浆的密实度,对保护锚杆和加强锚杆与地层联结均有积极作用。

深厚含水围岩预锚注初期支护的圆洞力学模型及其开挖安全分析

为解决深部地下工程面临的高水压支护设计和施工方面的理论难题,提出基于预锚注初期支护的高水压圆洞力学模型。首先,将岩土力学“流固耦合”原理应用于预锚注支护下开挖卸载力学模型的解析,获得应力场、位移场、渗流场的解析求解表达式,并通过有限元数值解对解析解的正确性进行验证;其次,图形化展示径筋支护参数对初期支护区围岩的应力场的影响规律;最后,基于最大有效剪应力求解和Hoek-Brown岩体破坏准则,诠释采用预锚注支护来确保洞体安全开挖的原理,揭示径筋参数、洞口直径对开挖卸载安全的影响规律。结果表明:1)解析解与数值解的规律基本一致;2)预锚注初期支护可从2方面提高开挖后围岩的安全性,一是通过增大围岩径向应力以降低洞边固体有效剪应力,二是通过提高岩体完整性使得围岩屈服面外扩增大;3)径筋参数对承载安全的影响程度由大至小依次为径筋直径、径筋数量、径筋长度;4)径筋锚注支护作用获得的安全系数随着洞径的增大而逐渐降低。

某隧道突泥涌水成因分析及处治技术研究

针对富水软弱带突泥涌水工程,通过理论分析和现场试验,对该隧道突泥涌水成因、处治技术进行研究,得出突泥涌水灾害的形成主要受地质条件和施工作业影响。对于一定规模的突泥涌水灾害,泵送混凝土、注浆改良松散体,释放水压力,超前大管棚,超前注浆小导管等措施有较好的处治效果。总结出“控制能量积蓄,合理释放能量,增强防突能力”的突泥涌水处治技术原则,在某隧道突泥涌水处治实践中取得良好效果。

隧道穿越岩体破碎带超前支护施工技术

九绵高速桂溪隧道区内裂隙带或破碎带(L2、L3及L4)发育,裂隙带或破碎带岩体稳定性非常差,成洞质量差,存在严重的安全隐患。通过采用超前锚杆+超前小导管+预注浆联合的支护技术,可很好地适应不同地质条件,实现对隧道围岩的提前加固,并形成一个稳定的围岩结构体系,促使隧道施工的各道工序都能高效、安全、有序地开展,可为类似工程施工提供一定的经验。

复杂地形条件下自动成巷无煤柱开采工艺的研究

针对井下煤柱留设开采技术所存在的成巷工作量大、煤炭回采效率低、围岩稳定性差的不足,提出了一种新的自动成巷无煤柱开采技术。对复杂地形条件下无煤柱开采工艺流程、顶板预裂切缝方案、碎石帮支护方案等进行了研究。根据实际应用表明,新的自动成巷无煤柱开采工艺,能够减少井下巷道掘进量、提高井下煤炭回采率,节约成本6937.6万元。

隧道全方位高压喷射注浆拱棚超前支护新技术

基于对目前国内外隧道水平旋喷技术差距的分析,指出国内现有水平旋喷技术存在的成桩质量差、加固体周边岩土体变形大以及废浆液无序排放等问题。为突破隧道水平旋喷超前支护施工的关键技术,研制出大型液压双摇臂式全方位高压喷射注浆钻机,以及具有自主知识产权的配套孔口止浆器装置,并探索出一整套带孔口止浆器的隧道全方位高压喷射注浆拱棚超前支护新技术。通过现场足尺试验研究实例,详细介绍了这项新技术的全套施工工艺、施工参数及其配套机具装备,并全面展示了足尺试验旋喷拱棚的几何形态、桩–桩咬合尺寸、旋喷拱棚厚度、拱棚水泥土加固体的28 d抗压强度以及6 m长隧道开挖效果的实测资料。足尺试验成果表明,这项新技术安全可靠、工艺先进、经济环保,基本上解决了国内现有水平旋喷技术所面对的主要难题,为我国隧道超前支护工程领域提供了全新的技术手段以及配套的工法设备。

上海地铁2#线淤泥质地层地铁隧道浅埋暗挖施工技术方案研究

结合上海地铁2#线西延伸工程威宁路站3#出入口通道工程,介绍了在上海含水淤泥质地层条件下,采用管幕超前预支护、掌子面深孔注浆加固、短开挖、强支护等综合浅埋暗挖施工技术。并应用大型有限元软件——ANSYS,采用有限元数值方法对其施工效应进行了计算分析。分析结果表明,施工过程中洞室结构稳定,浅埋暗挖管幕预支护施工方法可行,并可实现洞内施工安全和施工地面沉降的控制要求,解决了明挖施工对城市交通的干扰,所得结果可为后续类似工程提供一定的理论参考。

超前支护的均一化横观各向同性弹性模型

超前支护(包括管棚和小导管注浆)是隧道开挖中保持地层稳定及控制其变形的重要手段,在模拟分析中需要妥善予以考虑.如何采用既简单合理又能考虑其整体效应的模型是超前支护数值模拟的重点。为此,文中提出了一个均一化的横观各向同性弹性模型,研究了超前支护的平均弹性性质,并在此基础上提出了简化模型,该模型能够用来分析钢管的间距、管径等重要影响因素。最后,应用简化模型对某隧道开挖进行了三维有限元数值模拟,验证了模型的有效性。

浅埋大跨隧道管幕预支护技术试验研究

首都机场T2~T3航站楼联络线大跨隧道下穿不停航飞机跑道,施工风险极大。为了得到合理的管幕预支护参数及开挖方法,本文利用了模型试验,研究了不同管幕布置型式、管径大小及开挖方法对地表、管幕沉降的影响,结果表明:"门"字形管幕比"口"字形管幕形式的地表沉降值大51%左右;直径600mm管幕比直径970mm管幕的地表沉降大24%左右;中间导洞先开挖与最外两侧导洞先开挖所引起的地表沉降值及规律基本一致;飞机动载作用对地表沉降及管幕内力的影响比静载的影响大12%左右。因此,为了安全起见实际工程中采用了直径970mm、"口"字形布置的管幕,开挖方法为先最外两侧导洞、后中间导洞、最后中间两侧导洞。

大断面隧道地层超前预加固及开挖支护过程稳定性的数值模拟

在低黏聚力的软弱地层、大断面隧道开挖中,掌子面稳定是施工中面临的很大问题。采用超前预加固工法,对浏阳河隧道开挖过程进行数值模拟,通过分析超前预加固法对隧道位移、受力的影响,并研究各加固参数的敏感性,得到掌子面的超前锚杆加固长度对掌子面的稳定性影响最大,掌子面外超前预加固对改善超前核心土受力也有较大影响。

挤压大变形隧道研究现状及高强预应力一次(型)支护体系

大变形是现今隧道工程的重点难题。分析国内外大变形的定义、分类与机制、判定标准、控制理论与措施等,对隧道围岩大变形进行细致梳理与归纳总结。阐述挤压大变形的控制思路,提出尽可能发挥支护体系提升与改善围岩承载能力的作用,而非仅被动地承载;探讨现今挤压大变形的重点研究方向与突破点;提出高强预应力一次(型)支护体系,并介绍其组成及相应的关键点,强调"预应力"在整个支护体系中的核心地位;最后,通过现场试验验证所提出的高强预应力一次(型)支护体系可较好地控制挤压大变形围岩的位移,并缩短变形稳定时间。

软弱围岩隧道机械化全断面施工超前支护体系设计方法研究

保证掌子面的稳定是实现软弱围岩隧道机械化全断面施工的前提,合理的超前支护措施及参数是控制掌子面稳定性的有力手段。针对目前隧道超前支护设计方法不完善且多依赖于工程经验的现状,提出隧道超前支护体系定量化设计方法。基于经典楔形体模型,推导了考虑四种常用超前支护措施(掌子面喷混凝土、超前管棚、掌子面锚杆、掌子面预注浆)时掌子面稳定系数K的计算公式,提出了掌子面喷混凝土支护力P1、掌子面锚杆支护力P2、管棚支护下围岩压力折减系数α1、掌子面预注浆加固后围岩黏聚力增大系数α2的计算方法,制定了隧道超前支护体系设计流程,并以郑万高速铁路荣家湾隧道为背景验证了该计算方法的合理性。研究成果可以为软弱围岩隧道超前支护体系设计、优化提供理论支撑。

超大断面低扁平率公路隧洞先成预应力结构新型支护体系数值模拟

为适应日益增长的经济和交通发展需求,修建以4车道公路隧道为代表的超大断面低扁平率公路隧洞的需求初露端倪,这类隧道的低扁平率特征使传统的隧道支护体系面临许多困难,急待开发新型的隧洞支护体系。采用FLAC数值模拟平台研究了基于隧洞"先成结构法"支护理念的"先成预应力结构"新型支护体系在提高超大断面低扁平率公路隧洞洞室稳定性方面的效果,为"先成结构法"支护理念在超大断面低扁平率公路隧洞中的应用实施提供了有力的支持。

机械预切槽法施工机械结构详析与模型设计

针对目前国内机械预切槽法缺乏相应基础理论与设计方法相关研究的现状,以土力学与盾构机械设计为基础,提出了一套预切槽机械设计方法.采用模块化分解的方法分析研究了预切槽机械9个子结构的功能及关键技术,通过地层切削相似性原理提出了链锯切入地层断面所需的推出机构推力与链锯的掘削扭矩两个重要参数的计算方法,并针对北京地质参数根据设计方法完成了预切槽施工机械模型的设计.设计结果总结了相关的技术难点,可以为未来进行预切槽施工机械的研制提供理论基础与设计参考.

二次动压巷道支护设计与参数优化

采用正交数值试验和灰色理论中的关联度分析,进行阳泉矿区二次采场巷道的分析与支护参数优化决策．选择13因素3水平的正交试验方案,进行27次试验,分析了不同应力状态和支护参数的巷道稳定性与变形特征．在计算中采用巷道稳定性和变形收敛率等多种评价指标,进行了局部优化；考虑支护成本和施工难易等因素,采用灰色理论,进行最佳方案的关联度分析．该研究已应用于阳泉矿区二次采场巷道支护设计,并取得较满意的支护效果．