岩石中新型复合锚固类结构抗爆性能现场试验研究——宏观效应与量测结果分析

为了研究新型复合锚固类结构是否能有效提高岩石洞室的抗爆性能,进行岩石中新型复合锚固类结构与单一锚固类结构的抗爆效应现场对比试验。试验结果表明:新型复合锚固类结构洞室的临界破坏荷载是单一锚固结构洞室的143%;就破坏程度而言,单一锚固结构洞室是新型复合锚固结构洞室的2.5倍;在爆炸荷载较低条件下,单一锚固结构的振动加速度是新型复合锚固结构的1.6～12.3倍;新型复合锚固结构的平均位移值是一般锚固结构的65%;应力波作用于新型复合锚固结构的时间是一般锚固结构的2.5～5.0倍;一般锚固结构的锚杆应变峰值是新型锚固结构的2.0～4.0倍,最大达到6.9倍;一般锚固类结构拱顶表面应变峰值是新型锚固结构的2倍。新型复合锚固结构的弱化效应吸能非常显著,用于岩石类介质洞室的抗爆加固是完全可行的,并具有显著的技术经济效益。

新型复合锚固类结构静力弱化效应试验研究

为研究新型复合锚固类结构的弱化机理及其在静载作用下的特性,进行了静力三轴试验研究。研究表明:①弱化试件同非弱化试件相比,其平均变形量为后者的2.7倍,最大为7.3倍,其平均承载力为后者的1.8倍,最大为3.2倍;②在非弱化试件中的锚杆已达到很高应变状态或试件已产生极限破坏条件下,弱化试件中的锚杆尚处于很低应变状态;③弱化试件荷载～应变关系曲线中的"峡谷"现象是弱化孔间的孔壁介质由于应力集中而出现超载破坏,引起试件产生相对卸载的结果,而多次"峡谷"现象的发生,实质上反映了孔壁介质从破裂、破碎到压实的全过程效应;④复合锚固类结构的弱化效应非常显著,其间存在极大潜能,充分利用这一潜能,将具有巨大的社会、经济和军事效益。

锚固和复合锚固类结构抗动静性能研究概述

锚固类结构是指注浆锚杆、锚索、土钉及加筋土一类岩土工程加固支护结构。复合锚固类结构是指各单一锚固类结构彼此或与传统工法及构造措施等联合使用的一类岩土工程加固支护结构。业已证明和证实,锚固与复合锚固类结构具有优异的抗动静载性能,其中有的结构型式已有大量成功应用。但是,锚固和复合锚固类结构抗静载问题研究与应用较多,对抗动载问题研究与应用相对较少。这一状况国内外大体相近。有些锚固和复合锚固结构型式,如国外的吸能锚固和屈服锚固结构,我国的新型复合锚固结构,均有各自特色,特别是都具有极大的抗动载潜能和效费比。将其用于抗静载也是可探讨的。尽管对这些结构所做试验是初步的,都只完成了效应试验,尚未做深入机理研究,但发展前景看好,值得人们关注、借鉴并进一步探讨。

锚固类结构抗爆性能研究进展

在分析国内外大量文献资料基础上,综合评述锚固类结构抗爆性能的研究进展,指出国内外具有共性的问题:(1)对复合锚固类结构抗爆性能的研究还很欠缺;(2)特殊型式的复合锚固类结构具有良好的开发应用前景,应深入研究;(3)对新型锚固类结构抗爆性能的研究还需进一步加强;(4)对试验研究及应用成果,还未能提升到系统、严密、公认的理论阐释程度。

新型锚固类结构抗爆性能数值分析

采用LS-DYNA有限元软件,对分别使用单一锚固结构和新型复合锚固类结构加固的洞室在抗爆炸荷载作用下的性能进行了数值模拟。分析了在爆炸条件下应力波传播及爆坑形成过程、爆炸近区围岩中的压力波和复合锚固结构构造措施断裂缝形成过程,与试验结果的可靠性相互验证,并对其作用机理得出一些初步认识。结果表明:两个模型的计算爆坑大小与试验结果基本吻合;复合锚固构造措施段使得锚固区外的介质内出现了局部自由面,当爆炸应力波经过自由面时产生反射拉伸波在此处产生了裂缝;复合锚固结构洞室拱顶垂直向振动加速度峰值比单一锚固结构洞室的约小23.7%;单一锚固结构洞室比复合锚固结构洞室更容易出现结构性的冲切破坏和拉伸剥落破坏。

一种特殊锚固结构抗动载性能研究

本文采用LS-DYNA有限元软件,对分别采用一般锚固结构和特殊类型复合锚固结构加固支护的洞室在爆炸荷载作用下的性能进行了数值模拟。文中着重分析了在爆炸条件下应力波传播及爆坑形成过程、爆炸近区围岩中的压力波和复合锚固结构构造措施区断裂缝形成过程,同时与试验结果进行了比较,并对其作用机理进行了分析。结果表明:两个模型的计算爆坑大小与试验结果基本吻合;新型复合锚固构造措施段使得锚固区外的弱化区介质内出现了局部自由面,当爆炸应力波经过自由面时所产生反射拉伸波导致该处裂缝产生;复合锚固结构洞室拱顶垂直向振动加速度峰值比单一锚固结构洞室的约小23.7%;单一锚固结构洞室比复合锚固结构洞室更容易出现结构性的冲切破坏和拉伸剥落破坏。