高延伸率锚索动态力学特性及工程应用

传统锚索延伸率低、抗冲击能力差,在强冲击载荷作用下易出现脆性破断失效,导致巷道出现冒顶、冲击地压事故等问题。基于此,自主开发了具有高强度、高延伸率及高抗冲击等特性的锚索,采用实验室试验、理论分析及现场试验等综合手段,分析了高延伸率锚索的静、动载力学性能,研究了高延伸率锚索化学成分、金相组织和夹杂物与普通锚索的差异,提出了高延伸率锚索支护吸能原理,并将高延伸率锚索在现场进行了应用。研究结果表明:静载作用下,高延伸率锚索抗拉强度为1790 MPa,最大力总延伸率8.1%,是普通锚索的1.61~2.25倍;动载作用下,高延伸率锚索钢丝不易散开,破断载荷与普通锚索基本相同,断后伸长率分别是锚索A、B、C的1.82倍、1.68倍和1.52倍,单位长度吸能量分别是锚索A、B、C的2.54倍、1.99倍和1.70倍,高延伸率锚索塑性变形能力更强,吸能能力更高。高延伸率锚索通过在冶炼和轧制工艺过程中控制有害化学元素和有益化学元素含量、细化金相组织及减少夹杂物尺寸和数量等方式提高了钢丝的塑性变形能力,进而提高锚索整体的抗冲击性能。高延伸率锚索在现场应用过程中经受了多次大能量冲击后,巷道支护效果良好,高延伸率锚索未出现破断,有效控制了巷道冲击破坏。

框架梁与锚索桩板墙加固隧道洞口边坡的动力响应特性

针对山岭隧道洞口在降雨、地震等因素作用下易产生变形破坏的问题,以某处采用框架梁与锚索桩板墙支护的隧道洞口边坡工程为原型,开展几何比尺为1∶50的振动台模型试验,分析降雨后地震作用下边坡的动力响应特性及失稳变形规律。结果表明:降雨后坡面无局部破坏,地震作用下边坡的破坏过程可归纳为坡顶张拉破坏—坡脚剪切溃裂—坡体整体失稳滑动,边坡表现为张拉—剪切型破坏;边坡峰值加速度放大系数呈层状分布,“高程效应”与“趋表效应”显著,均随输入正弦波频率、幅值的增加而增大;边坡土体峰值应变分布与坡体滑动破坏面较吻合;桩体锚索轴力与输入正弦波频率、幅值呈正相关,强震作用下锚索轴力增幅显著;桩后峰值土压力近似呈三角形分布,桩体嵌固段内桩土压力最大;桩体弯矩呈“b”型分布,嵌固段内桩体峰值弯矩最大,抗震设计中应注意验算其抗弯强度;桩后土压力与桩体加速度FFT谱幅值主要集中于低频段,结构动力响应主要受地震波低频段部分影响。

基于FLAC3D的边坡支护方案优化研究

为研究抗滑桩及锚杆框架梁在顺层岩质边坡支护中的优化方法,基于三级支护的典型顺层岩质边坡,通过FLAC3D建立数值模型进行计算,对抗滑桩桩身长度及桩身截面积、锚杆锚固倾角及锚固长度进行优化。结果表明,不同长度抗滑桩对岩质边坡进行支护时,抗滑桩稳定系数均随着桩身长度的减小而减小,且在边坡岩性发生突变的地方抗滑桩的水平位移也会发生突变,在一定范围内适当减短抗滑桩的桩身长度并不会引起桩身水平位移的大幅度改变,故在满足规范的条件下可通过减小桩身长度来进行优化设计。改变抗滑桩的截面面积并不会显著改变桩身的水平位移,但抗滑桩截面面积会显著影响抗滑桩稳定系数,存在一个临界截面积使得桩身截面积在小于临界面积时,稳定系数随着截面积的减小迅速减小,而在桩身截面积大于临界面积时,稳定系数随着截面积的减小只会略微减小。边坡最大水平位移随着锚杆锚固倾角的增加、锚固长度的增加而增加,边坡稳定系数随着锚杆锚固倾角的增加、锚固长度的增加而增加,故在进行锚杆框架支护设计时可通过增大锚固倾角及增加锚固长度提高边坡稳定性,此结果可为抗滑桩及锚索框架梁在顺层岩质边坡支护提供优化设计方案。

复合顶板回采巷道稳定控制技术研究

复合顶板岩层各层之间容易产生不同的变形,导致黏结力变小,在实际生产中易出现离层破坏。通过使用锚杆(索)进行支护,可以改变围岩力学状态,有效控制围岩变形。以山西省四侯矿为研究背景,采用理论分析、数值模拟、现场监测等方法研究了复合顶板回采巷道稳定控制技术。对比锚杆应力变化曲线可知,所选用的支护方式可以有效控制围岩变形;对回风顺槽动压条件下锚固支护现状进行评价,便于优化支护方案,并为下区段工作面进、回风顺槽支护方案设计提供理论依据。

某主干路K2+240~485右侧滑坡变形机制与治理方案

某主干路K2+240~K2+485右侧边坡于2022年3月22日出现整体滑移,已完成的边坡拱形骨架和锚杆框架梁损坏。为查明滑坡变形原因及确保施工顺利进行,通过组织专家多次(5次)现场踏勘、结合前期勘察报告资料等查明滑坡变形原因为:地表水渗透是滑坡变形及发生滑动的直接诱发因素,地层岩性(昔格达地层岩体风化裂隙发育、破碎,在暴晒下易开裂,遇水作用下易软化)、地形地貌(边坡高、陡)、人类工程活动(开挖边坡、锚杆施工)等因素也影响着滑坡的稳定性。针对滑坡的物质特征、变形特征和稳定性计算结果,采用刷方清除破碎岩体、锚杆框架护坡、设置排水沟的治理措施对边坡进行治理。

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。

Interaction between transverse isotropy rock slope and supporting structure

In order to study the interaction between transverse isotropy rock mass and supporting structure,the laboratory tests for rock sampled from the slope at expressway project were carried out,and the parameters of elasticity for transverse isotropic rock were determined by the uniaxial compression tests for rock sample with different strike of stratification plane.Then,based on the relationship of stress-stain for transverse isotropic rock mass,the analytical model was established for the interaction between transverse isotropic rock mass and frame beam with pre-stressed anchor cable.Furthermore,the conception of the best anchorage-angle in pre-stressed anchor cable was proposed.At last,the parameters of the interaction between transverse isotropy rock mass and frame beam with pre-stressed anchor cable were investigated by finite element method,and the best anchorage-angle in pre-stressed anchor cable was obtained.The rules of the influence of the directivity of stratification plane on supporting structure were determined.The results show that the analytical model and numerical method on the design of pre-stressed anchor cable with frame beam supporting for transverse isotropy rock slope are reasonable and reliable in practical engineering design.

锚拉桩-锚索框架梁组合结构加固边坡可视化模型试验

基于透明土技术开展锚拉桩-锚索框架梁组合结构加固边坡的可视化模型试验,并结合粒子图像测速技术,展现坡顶条形荷载作用下边坡的位移场演化及滑移破坏过程。研究结果表明:锚拉桩-锚索框架梁组合结构加固边坡较无加固边坡,其极限承载力大幅提升,其滑面较无加固边坡的滑面加深很多。锚拉桩-锚索框架梁组合结构加固推移式滑坡时,其受力机制为最上面的锚索首先发挥作用,在其拔出失效后,后面的锚索依次发挥作用直至拔出失效,同时边坡的稳定性逐步降低。目前基于极限平衡理论将所有锚索的极限抗拔力作为抗滑力分量计算得到的锚拉桩-锚索框架梁组合结构的稳定性偏于危险。建议验算锚拉桩-锚索框架梁组合结构加固推移式滑坡整体稳定性时,同时验算最上面锚索的稳定安全系数,使其满足工程所需的安全系数,由此保证整个加固边坡的稳定性。

一种考虑卸荷作用的路堑高边坡锚索预应力损失模型

在我国高边坡的锚固工程中,因开挖卸荷导致锚固失效的工程事故很多,必须研究卸荷作用下锚索预应力的时效损失。为此,通过讨论卸荷作用对锚索预应力的影响,建立一种基于锚索、框格梁和岩体三者之间耦合效应的预应力损失模型,并推导出锚索预应力长期变化的计算方程。将湖南省平宜高速平伍路段K15+465—K15+495左幅边坡的锚索预应力实测结果与现有的理论模型计算结果进行对比分析。研究结果表明:所建模型适用于受卸荷作用影响的预应力锚索框格梁体系,能更精确地确定新模型的适用范围;新模型不仅可以确定锚索预应力的补偿时机,而且可为边坡工程设计、施工和运营提供技术支撑和理论基础。

武汉杨泗港长江大桥锚碇型钢锚固系统施工关键技术

武汉杨泗港长江大桥主桥为主跨1700 m的双层公路钢桁梁悬索桥,该桥重力式锚碇由地下连续墙、帽梁、内衬、锚碇混凝土组成,采用型钢锚固系统(由后锚梁和锚杆组成)。锚碇基坑开挖后进行锚碇混凝土及型钢锚固系统施工,锚碇混凝土竖向分14层(每层分3块)浇筑,后锚梁和锚杆在工厂内加工制造,分批次随锚碇混凝土分层安装,通过定位支架(由后端支架、中间支架、前端支架、连接杆组成)进行空间位置调整。在该桥型钢锚固系统施工中,通过设置具有足够强度、刚度及稳定性的宽翼缘型钢定位支架,减小了分层混凝土浇筑对已定位后锚梁及锚杆精度的影响;通过无棱镜空间定位法控制锚杆前端中心位置,确保了锚杆安装精度,提高了锚杆测量速度、效率及安全性;通过对构件进行及时限位,避免了施工振动造成的构件位置偏移,有效减少了重复调整次数;通过两次钻孔成孔工艺确保了精制螺栓成孔精度。该桥型钢锚固系统安装用时120 d,其锚杆纵向偏位在10 mm内、横向偏差在5 mm内、锚固点高程偏差在5 mm内,均满足设计要求。

浅埋大断面半煤岩巷道锚网索梁联合支护技术

针对中厚煤层大断面半煤岩巷道围岩破碎严重、易发生冒顶片帮事故的问题,以杨家村煤矿5-1_上煤层工作面顺槽为工程背景,采用工程类比、FLAC3D数值模拟及工业性应用等技术手段,开展了浅埋中厚煤层大断面半煤岩巷道围岩稳定性控制技术研究及应用效果评价。采用围岩松动圈钻孔成像仪对顺槽不同深度处围岩的破裂形态进行了探测,围岩破裂区范围为0~1.8 m,属于中大松动圈范围。采用CMW3.7矿用本安型锚杆无损检测仪开展了锚杆受力无损快速检测,锚杆轴力为设计锚固力的60.47%~88.71%,锚杆受力适中。矿压监测结果表明,锚网索梁支护结构有效地控制了大断面半煤岩巷道的变形,顺槽顶板下沉量为63~76 mm、两帮移近量为41~59 mm,可满足安全使用的要求。

锚索框格梁施工技术在高边坡路基防护工程中的应用研究

文中以某高速公路工程为案例,对锚索框格梁技术在高边坡路基防护中的应用展开系统研究,探讨了锚索框格梁的优势和适用范围,分析了锚索框格梁施工流程要点,通过对造孔、锚索施工、框格梁建设、注浆、封锚等工序采取相应措施,保证了边坡支护质量。研究结果表明,锚索框格梁技术有利于提高边坡的稳定性,且施工相对简单,可为类似工程提供借鉴。

G3铜陵长江公铁大桥桥塔设计

G3铜陵长江公铁大桥主桥为主跨988 m斜拉-悬索协作体系桥。江北、江南侧桥塔塔高分别为228.5、222.5 m,结构尺寸大,受力复杂,考虑桥塔受力、施工便捷性及主缆与斜拉索面协调布置等,确定采用C60混凝土门形桥塔。桥塔由上、下塔柱和上、下横梁组成,塔柱和下横梁为单箱单室截面,上横梁为开口槽形截面,索塔锚固区采用钢锚梁+混凝土齿块组合的索塔锚固结构,桥塔顶部主索鞍局部承压区采用间接钢筋网片加强并预留索鞍预埋件的布置空间。设计过程采用BIM技术优化局部设计细节,钢锚梁及钢牛腿等钢结构和混凝土结构外表面均采用防腐涂装体系进行耐久性设计。采用MIDAS Civil软件对桥塔整体受力进行分析,并对槽形断面上横梁基于经典理论、规范验算、实体有限元模型论证其结构安全性;基于ANSYS板壳有限元模型,研究不同板厚下钢锚梁锚下加劲板剪应力集中系数,以指导钢锚梁加劲板设计。桥塔塔柱采用支架法和爬模法施工,上、下横梁均采用支架法与塔柱异步施工。

大倾角煤层易滑移片帮巷道稳定性控制技术研究

为解决艾维尔沟煤矿大倾角煤层9#行人平巷易滑移片帮的难题,综合应用地质条件调查、理论分析、数值计算、物化分析、现场测试等手段和方法,对巷道滑移片帮机理及对策进行研究。研究结果表明:9#行人平巷顶板岩层在裂隙水的影响下,岩层结构面严重泥化,沿煤层倾向发生错动滑移,导致巷道高帮煤体失去顶板的约束力,在中上部形成深度约8m的拉剪破坏三角塑性区,造成煤体滑移片帮,进而导致巷道整体失稳。控制9#行人平巷易滑移片帮的关键是“强顶护帮”及非对称支护,据此提出了9#行人平巷“顶板注浆锚杆(索)+巷帮锚索桁架梁组合支护”的围岩控制方案,现场实践效果良好。

回采巷道围岩支护优化

山西某矿11305运输巷在地应力、地质构造以及原有支护方案支护强度低等因素综合影响下,呈现出围岩变形量大、变形持续时间长、后续使用需频繁修整等问题。为确保回采巷道安全使用,依据11305运输巷现场条件,提出以强化围岩表面支护、提升围岩承载能力并充分发挥锚索悬吊作用为核心的围岩支护优化方案,并具体对支护优化参数进行设计。经现场应用后,11305运输巷顶板、底板及巷帮收敛量分别控制在105 mm、182 mm及157mm以内,可满足巷道后续掘进及使用需要。

黄土路堑边坡锚杆(索)锚固效果试验研究

针对锚杆(索)在黄土地层中能否起到锚固作用的问题,依托临洮(安家咀)至临夏公路工程,通过理论计算和现场试验对比分析的方法,证明锚杆(索)在黄土地层中能够达到设计要求锚固力,破坏荷载可以达到设计抗拔力1.8倍以上。

施工期地下厂房岩壁吊车梁安全性态初步分析

某水电站地下厂房岩壁吊车梁为钢筋混凝土悬臂梁,由三排锚杆锚固在边墙上。通过重点分析各监测断面围岩面接缝开合度及围岩与混凝土梁体结合处锚杆应力变形,结合各断面围岩内锚杆应力和梁体混凝土钢筋应力,以及巡视检查结果,综合评价岩壁吊车梁荷载试验前的安全可靠性,为岩壁吊车梁荷载试验提供依据。

影响大吨位预应力长锚索锚固力损失的因素分析

通过对水利水电工程岩体加固中常采用的大吨位预应力长锚索锚固力变化规律的分析,详细讨论了影响预应力锚索锚固力变化的钢材松弛、岩体强度与性质、施工质量、锚索结构与环境变化等因素,得出了不同影响因素对预应力长锚索锚固过程中锚固力损失的影响效应。观察表明,引起锚索锚固力损失的最主要因素是岩体的变形与施工质量。根据岩锚实测资料的统计分析,进一步提出了各影响因素与锚固力损失间相应的经验关系,最后,提出了控制锚固力损失的工程措施,可供相关锚索设计与施工时的参考。

锚杆支护巷道巷旁锚索加强支护沿空留巷围岩控制机理研究及应用

沿空留巷技术在薄、中厚煤层中应用较多,但在3m以上较大采高工作面中应用极少,究其主要原因是已往建立的沿空留巷力学模型欠妥、巷内与巷旁支护方式不合理。从如何提高岩层的自我承载能力入手,提出了一种主动的巷旁加强支护方式——巷旁采用锚索加强支护,巷内采用锚杆支护。建立了考虑巷帮煤体承载作用和巷旁锚索加强作用的沿空留巷力学模型,并分析了巷内锚杆支护和巷旁锚索加强支护的作用机理。利用理论分析所得结论,对淮北朱庄矿3625较大采高工作面风巷进行巷旁支护设计及工程实践。研究成果为较大采高工作面沿空留巷技术提供了理论依据和借鉴经验。

单孔复合型锚杆锚固体应力分布特征研究

结合某工程深基坑边墙单孔复合型锚杆施工,选取4根锚杆作为试验锚杆,通过在锚固体范围埋设多个应变测试元件,对锚固体在不同张拉载荷条件下的应力分布状态进行了现场测试研究。根据单孔复合型锚杆的结构特点,对代表性锚固体建立有限元数值模型,并对锚固体的应力-应变特征进行了数值分析。根据现场测试和数值分析结果,对单孔复合型锚杆锚固体的应力分布规律和锚固机理进行了研究。