Study on Ultimate Pullout Force of Grouting Anchors of the Anchor-Pull Retaining Wall

Determination of the grouting anchor pullout force is a key step during the design of anchor-pull retaining wall, but it is mostly determined relied on empirical formula at present, and the rationality and the safety cannot be effectively guaranteed. Based on the engineering case of the gravity retaining wall of Qinglin Freeway, the model test was designed, and combined with the results of the ABAQUS finite element numerical analysis, it was analyzed that how the anchor axial pulling force distributes. The results showed that the force of the anchor near the wall bolt was large and which far from the wall was small and the ultimate pullout force was proportional to the length, diameter and shear strength. When the end tension of the anchor was small, the top load played a leading role on the anchor tension. This conclusion confirmed the calculation formula of ultimate pullout force was and provided a theoretical basis for anchor-pull retaining wall design and calculation.

锚杆岩体界面载荷传递规律及锚固长度设计

为揭示巷道围岩锚固界面脱粘失效机理,量化锚杆支护设计参数,采用三线性粘结滑移模型进行理论分析,对轴向载荷作用下锚固脱粘失效全过程中,锚固段界面剪应力、锚杆轴力分布演化规律以及界面极限锚固力进行研究,根据锚固段长度不同,得到两种界面剪应力分布演化类型。研究结果表明:当锚固长度较短时,界面剪应力存在全长软化阶段;当锚固长度较长时,界面剪应力存在弹性-软化-滑移三段共存阶段。锚固粘结界面弹性段、软化段、摩擦段内的剪应力分别呈现双曲余弦函数衰减分布、余弦函数上升分布、均匀分布规律,锚杆轴力随界面剪应力分布演化呈现多种形态的衰减分布规律。根据锚固界面模型解析计算获得极限锚固力,当不考虑脱粘摩擦力时,极限锚固力随锚固长度的增加趋近于某一固定值;当考虑脱粘摩擦力时,增加锚固长度能够持续提高锚固界面安全系数。研究成果可为锚固机制分析、锚杆支护参数设计提供理论参考。

基于上限定理的砂卵石地层盾构隧道开挖面稳定性分析

目前对砂卵石地层开挖面稳定理论模型的研究相对较少,施工过程中盾构机支护力的施加多凭借施工经验进行。为研究砂卵石地层开挖面失稳问题,运用极限分析法上限定理,结合椭球体放矿理论,建立盾构隧道开挖面极限分析模型的计算方法,研究开挖面前方土体变形未发展至地表与发展至地的表两种工况,得到了极限支护力的上限解析解。并选取五种典型的理论分析方法验证了计算结果的正确性。结果表明:所提出的对数螺线椭球体机制得到的开挖面极限支护力受地层内摩擦角、隧道直径以及土体重度的影响较大,埋深和黏聚力的影响较小,地表超载的影响最小;其中开挖面极限支护力均随着土体重度和隧道直径的增大而线性增大,随着摩擦角增大呈现非线性减小趋势;通过与旋转破坏机制、3D对数螺线机制、FLAC^(3D)数值模拟得到的开挖面前方塌落区域的对比,所提出的开挖面前方塌落机制与数值模拟能接近地层的失效形状。

基于离散元法的耕层残膜拉伸性能研究

由于耕层残膜回收机关键农机部件设计优化过程中缺乏准确的残膜离散元模型参数,在一定程度上制约了耕层残膜回收机残膜受力机理分析与机构优化改进。本文以棉田耕层残膜为研究对象,对耕层残膜含量和极限拉伸力进行测定,得到不同耕层深度、不同厚度的残膜含量和极限拉伸力。根据测定结果,利用EDEM软件选用Hertz-Mindlin with Bonding接触模型对耕层残膜进行离散元模型参数标定,选用单位面积法向刚度、单位面积切向刚度、临界法向应力、临界切向应力、粘结半径、接触半径为试验因素。通过Plackett-Burman试验,确定影响Bond键的主要参数有单位面积法向刚度、临界法向应力和粘结半径。通过最陡爬坡试验和Box-Behnken试验,最终确定最优的Bonding模型显著参数单位面积法向刚度、临界法向应力、粘结半径分别为2.36×10^(5) N/m^(3)、6.47×10^(4) Pa、0.004 mm,对参数进行了仿真试验验证,误差为5.88%,满足要求。通过对比物理试验与仿真试验的拉伸过程耕层残膜状态与拉伸曲线,表明了耕层残膜模型合理性,为后期耕层残膜回收机仿真与膜土分离机理研究提供了理论支撑。

第三系半成岩富水砂岩隧道水平高压旋喷桩复合结构超前预加固研究

在诸如第三系半成岩地层等富水软弱均质地层的隧道建设中,常采用水平高压旋喷桩进行洞内超前预加固,但水平旋喷桩往往因自身抗拉强度低在承受较大荷载时容易发生断裂破坏。依托云南临沧至清水河高速公路王家寨隧道工程,提出了一种在桩体内插入小直径钢管的水平高压旋喷复合结构。通过力学理论分析、数值模拟与现场监测,对比分析了水平高压旋喷桩素桩与复合结构的力学机制与对围岩加固作用,并对钢管布置形式及直径进行优化设计。研究表明:在300 kPa水压下,复合结构相比素桩的挠度值降低了34.8%,最大拉应力降低了37.5%,受力模式明显改善,承受的极限水压力荷载大幅提升至700 kPa,对围岩拱顶沉降、应力也有一定削减作用;增加拱顶钢管布置密度可有效降低桩体拉应力,而减少钢管直径则会导致钢管拉应力增大;建议实际工程中拱顶间隔1根桩体布置108 mm钢管,拱肩间隔2~3根布置89 mm钢管,边墙可不设钢管。

载荷对油膜界面滑移及弹流润滑特性的影响研究

为探究恶劣工况下机械传动系统中摩擦副润滑失效的形成和演变机理,建立考虑油膜界面滑移的点接触弹流润滑模型,进行仿真计算,并开展双色光干涉弹流润滑试验,研究载荷对弹流润滑中油膜界面滑移的影响,进而研究界面滑移状态下卷吸速度、流体动压、油膜厚度、滑移参数等随载荷的变化特性。研究结果表明:随着载荷的增大,界面滑移幅度和滑移范围均显著增大,滑移区域卷吸速度明显下降,滑移区域动压分布趋于均匀,滑移区域产生膜厚堆积并出现入口凹陷特征,滑移区域形状逐渐呈“半月牙形”特征。

基于极限上限法的富水复合地层盾构隧道开挖面极限支护力计算方法

为更合理地设置富水复合地层盾构隧道开挖面支护力,保障盾构隧道安全掘进,基于极限上限法分析原理和相关联流动法则,构建水平层状地层盾构隧道开挖面分段对数螺旋线破坏机构,建立多层水平层状富水地层盾构开挖面稳定性极限上限法分析和极限支护力计算方法,并开展参数分析;并进一步依托实际工程,将理论计算方法、数值模拟与工程实践测试进行对比。结果表明:1)从隧道底部自下而上,土体参数对极限支护力的影响不断减小;2)与传统的地层均质化处理方法相比,考虑地层分层的破坏机构能够较好地表达多层复合地层盾构开挖面的破坏机制;3)考虑开挖面的变形控制,推荐将本文计算结果乘以1.5倍的安全系数作为土舱压力值。

伞型锚-注浆体协同锚固作用的试验研究

伞型锚可用于对土质边坡进行快速锚固,张拉后通过注浆即可对锚杆做防腐处理,同时通过研究伞型锚-注浆体的变形受力特性,还可实现二者锚固作用的叠加,有助于锚固体系加固效果的充分发挥,这方面的相关研究目前还较少。为了研究伞型锚-注浆体协同锚固作用的控制方法,在土坡中开展了不同有效长度常规注浆锚杆、非注浆伞型锚和注浆伞型锚的拉拔试验。结果表明:常规注浆锚杆在浆-土界面剪切破坏条件下的极限锚固力随注浆体长度增加呈现近似线性增长趋势;不注浆条件下深埋伞型锚锚固力随位移增加呈现先快速增长、后趋向于稳定的变化特征;注浆条件下,通过将注浆体与伞型锚锚杆隔离,将注浆体受力模式由受拉转变为受压,并采用循环张拉消除伞型锚锚固力增长过程中产生的塑性位移,实现了注浆体与伞型锚的位移协调,通过现场破坏试验验证了伞型锚与注浆体锚固力叠加协同控制方法的有效性。通过对伞型锚与注浆体锚固作用的协同控制,可进一步提高伞型锚在边坡永久加固修复工程应用中的经济效益。

煤矿胶带输送机托辊不同载荷工况受力分析

以DTL120/120/2×200S胶带输送机为例,分析尼龙托辊和金属托辊在不同载荷工况下的受力情况。根据胶带输送机托辊结构构建托辊仿真模型,以此为基础实施托辊极限载荷下和不同载荷工况下的受力分析,根据分析结果确认最佳托辊材料。另外,采用工业性试验进一步验证尼龙托辊和金属通过的磨损性能,综合分析确认尼龙材料更适合作恶胶带输送机托辊材料。

地道桥下穿高速公路动态施工过程数值模拟

地道桥顶推下穿是一种高效且经济的解决路线交叉问题的施工方案,明确施工时地道桥的受力机理有助于优化设计,因此有必要对地道桥下穿过程进行模拟研究。文章以湖南省某公路地道桥下穿G4高速为例,基于有限差分法,对下穿顶推施工过程进行了数值模拟分析,研究得出地道桥盾构法动态施工过程应力场与位移场变化的规律。研究结果表明:随着顶推的进行,掌子面后方土层应力变化明显,影响范围在掌子面后6 m左右。同时,摩阻力系数与地层条件特别是土质情况联系密切,顶推施工时,箱涵底部产生的摩阻力占比超过总摩阻力的70%,计算结果明确了地道桥顶推过程中的受力特征与作用机理,能为类似的地道桥下穿施工提供合理的借鉴与参考。

基于回归分析的刮板取料机俯仰拉力曲线拟合研究

文中针对刮板式取料机中俯仰机构钢丝绳拉力安全值确定简单、无法全面、准确评估刮板取料设备运行安全系数的问题,对常用俯仰角度以及其对应的拉力值进行回归分析,计算俯仰角度及各角度对应拉力的曲线回归方程,并检测该曲线的拟合程度和显著性。以该方程为约束建立钢丝绳俯仰拉力保护的数学模型,通过将空载状态下或重载状态下取料机的钢丝绳理论拉力保护曲线设置为安全检测程序,结合控制软件的运行逻辑对设备的启动、下俯、行车进行限制,确保该设备运行的安全性。

对水平增强体复合地基设计中几个问题的探讨

针对目前水平增强体复合地基在承载力、沉降以及稳定计算中存在的问题进行了研究。算例结果表明:考虑筋材水平拉力和垂直拉力的作用,对于底层加筋软土,其地基极限承载力提高幅度约为10.32%,对于铺设3层土工织物的软土,其地基极限承载力提高幅度约为84%;考虑筋材受拉产生的垂直向上的拉力对减小基底附加应力的有利作用,同时考虑筋材受拉产生的水平拉力均化地基表面附加应力,从而减小不均匀沉降的有利影响,双层土工织物加筋地基沉降较无筋地基减小幅度为59.6%。本文提出的拟黏聚力分析模型舍弃了加筋路堤仅考虑筋材抗滑力矩的常规稳定分析方法,将筋材加固作用转化为加筋土体抗剪强度的提高,能够充分反映加筋路堤的实际工作状态,算例表明,边坡稳定安全系数比不考虑拟黏聚力时提高53.36%。

矿用锚索捻距与拉伸力学性能及锚固效果关系

矿用锚索主要由多根钢绞线缠绕而成,具有可弯曲、抗破断能力强及成本低廉等优点,在煤矿巷道围岩、特别是巷道顶板稳定性控制中广泛采用。捻距是制作锚索的重要参数之一,煤矿在选取锚索时,因了解尚浅而往往忽略这一参数。为探究捻距参数对锚索拉伸力学性能与锚固效果是否存在影响,采用理论分析与室内试验相结合方法,初步厘清了捻距参数对锚索拉伸时的几何变形特征的影响,明晰了其对锚索锚固力的影响机制。基于试验获得的锚索拉伸及锚固拉拔数据,构建数值模拟模型,与井下试验结果进行对比,得到了捻距与其极限拉伸载荷、最大锚固力的关系式,获取了能够充分发挥锚索拉伸力学性能与锚固效果的最佳捻距。研究结果表明:在锚索受到拉伸时,在一定范围内捻距与延伸率的关系为负相关,与拉伸极限载荷的关系为正相关;锚索-锚固剂界面存在一定的几何匹配关系,捻距减小至其13倍公称直径时,最大锚固力随着捻距的减小而增大;综合分析锚索极限拉伸载荷与最大锚固力等因素发现,能够充分发挥锚索拉伸力学性能与锚固效果的最佳捻距范围为13~14倍公称直径。研究成果增加了锚索捻距对拉伸力学性能影响的认识,明晰了对其锚固机制的理解,为锚索制作及煤矿选取锚索提供了参考及理论支撑。

复合地层下穿高铁超大矩形盾构隧道开挖面的极限支护力

为了保证超大矩形盾构隧道开挖面的稳定性,依托某超大矩形盾构隧道工程,采用理论分析、数值模拟和现场监测方法对复合地层下穿高铁超大矩形盾构隧道开挖面的极限支护力进行了研究,提出了复合地层下穿高铁超大矩形盾构隧道开挖面临界破坏模式,并基于极限平衡理论推导了极限支护力计算方法。数值模拟和现场监测结果表明:提出的极限支护力计算方法与数值模拟和现场监测的误差分别在10.40%~18.30%和11.19%~16.85%区间,说明极限支护力公式安全可靠,可应用至实际工程中。研究结果可为类似工程开挖面稳定性控制提供参考。

竹筋-夯土界面的拉拔试验研究

为了研究竹筋-夯土界面性能,设置4种不同类别影响参数——轴向压力(40、80、120、160 kPa)、竹筋构造形式(无竹节、单竹节和单竹节且端部弯起构造形式)、竹筋宽度(1、2、3 cm)、埋置长度(210、290、370、450 mm)进行拉拔试验.结果表明:轴向压力从40 kPa增加到160 kPa时,拉拔力峰值增加了4.37 kN,增幅达47.7%;竹节和端部弯起构造都能提高竹筋与土体间的端阻力,从无竹节到单竹节且端部弯起构造,拉拔力峰值增加4.76 kN,增幅达42.6%;竹筋宽度与埋置长度增大时,竹筋与土体的摩阻力和侧阻力增大,竹筋宽度从1 cm增加到3 cm时拉拔力峰值增加了5.49 kN,增幅达65.4%;埋置长度从210 mm增加到450 mm,拉拔力峰值增加了5.67 kN,增幅达72.4%.竹筋与夯土界面的作用力主要由化学黏结力、摩阻力和端阻力组成;4种影响因素均可以显著提高拉拔力峰值,而增加埋置长度效果最显著.

主动控制轴力作用下基坑围护结构强度研究

伺服钢支撑可通过主动补偿损失轴力控制基坑变形,虽应用良多但对其作用的围护结构强度问题研究甚少。基于力学原理,采用增量法对不同钢支撑轴力作用下的围护结构强度进行计算,得到了不同工况作用下围护结构的弯矩、剪力变化规律。以上海浦东南路站2号出入口基坑和浦东南路站基坑工程为依托,采用Plaxis 2D数值模拟并得到了不同伺服钢支撑轴力施加工况以及极限承载状态轴力组合工况下的围护结构内力分布。结果表明,在伺服钢支撑轴力逐渐增大作用下,围护结构迎土侧弯矩逐渐增大,背土侧弯矩先减小后增大,剪力先减小再增大,最大弯矩与最大剪力均未超过地连墙可承受极限值,背土侧配筋需结合伺服钢支撑轴力相应提高配筋率;各伺服钢支撑极限承载组合工况中若干工况超过地连墙设计极限值,采用伺服控制系统不可依靠单一增加作用力来提高主动控制效果。

钢-UHPC组合式防撞浮箱防撞性能研究

由于钢-橡胶组合式防撞浮箱被小型船舶撞击后防腐涂层易被破坏,引起箱体进水、防撞装置下沉等问题,因此多采用新型的钢-UHPC组合式防撞浮箱。为了解钢-UHPC组合式防撞浮箱防撞性能,采用数值模拟的方法,从船舶撞击速度以及角度2个方面探究钢-UHPC组合式防撞浮箱对削减桥墩受到撞击力的影响。结果表明:1)钢-UHPC组合式防撞装置具有良好的削减撞击力的能力,大约在30%~40%;2)该防撞装置对撞击力的削减在正撞下随速度增加而增强,在20°斜撞下随速度增加而减弱,但都能达到30%以上;3)大角度撞击下防撞装置对撞击力的削减效果十分明显,主要是由于该装置具有较好拨转船头效果。钢-UHPC组合式防撞浮箱在实际应用中具备良好的防撞性能,可起到保护桥墩、防止桥墩破坏的作用。

考虑错位角的角接触球轴承极限承载能力研究

针对角接触球轴承实际安装会出现错位角,与承受过大外载荷会产生接触椭圆被截断的情况,提出一种包含错位角的轴承极限承载能力分析模型。通过改进算法,减少方程数量,降低了模型求解难度;通过与文献、Romax软件的对比,验证了算法的正确性;最后,以角接触球轴承7008C为研究对象,分析了不同参数对极限承载能力的影响。结果表明,增大错位角与径向力、增加滚动体数量、减小滚动体直径会在一定程度上削弱极限轴向力与极限倾覆力矩;增大沟曲率半径系数与挡肩高度可以显著提高极限轴向力与极限倾覆力矩;然而,最小挡肩高度制约了轴承的极限承载能力。

桩锚支护锚固体段预加固在软土地层应用研究

对于支护空间小、工期紧张的软土地区基坑支护工程而言,场地软土层深厚,桩锚支护中锚固段与软土间的摩阻力较小,锚固段通常需穿透软土层进入到性质较好的地层,因此桩锚支护中普通锚索存在着自由段和锚固段较长、倾角大等问题。为解决上述问题,对桩锚支护中锚固体所在地层进行预加固处理,预加固土体与桩锚体系组合形成一种新型的桩锚体系。基于广州南沙某软土基坑工程,通过数值模拟对不同预加固体宽度、高度和埋深下新型锚固体的极限抗拔力和围护桩受力变形进行探究,提出新型锚固体系的极限抗拔力计算公式和支锚刚度计算公式。

上软下硬地层盾构隧道掌子面稳定支护压力分析

准确控制掌子面压力是保证盾构隧道安全施工的重要因素之一,通过建立砂层占比分别为100%、87.5%、75%、62.5%、50%、37.5%、25%、12.5%的掌子面稳定性分析的三维数值模型,得到了砂层–泥质粉砂岩复合式上软下硬地层掌子面失稳破坏规律,并在此基础上推导出在上软下硬地层情况下掌子面极限支护力理论计算方法。计算结果表明:掌子面破坏模式主要受上部砂层控制,破坏面一般发生在砂土地层中;随着砂层占比的增大,掌子面极限支护力呈非线性增大趋势且当砂层占比低于75%时,掌子面极限支护力增长较快;所提出的掌子面支护力理论计算公式能较好地预测掌子面下限支护力,其结果与数值模拟计算值误差在5%以内,该计算方法可为上软下硬地层中盾构掌子面支护压力的确定提供参考。