破碎岩体隧道围岩应力承载分布及变形控制研究

本文通过理论分析和数值模拟研究了破碎岩体隧道的围岩应力承载分布规律及变形控制方法。首先,基于主应力差的概念,建立了不同侧压系数下隧洞围岩主应力差的计算模型,结果表明:当λ<1时,隧洞拱腰处主应力差较大;当λ>1时,主应力差峰值向围岩深部转移。然后,采用FLAC3D软件对破碎岩体隧道进行数值模拟,验证了理论计算结果,隧洞拱腰处为变形重点关注区域。最后,结合工程实例,提出了改进方案:采取换拱、加密钢支撑、设置管棚及锚杆等措施,使隧洞围岩变形得到有效控制。

巷道覆岩关键岩梁与预应力承载结构力学效应

根据不同层位岩层在巷道控制中的不同角色,采用数值模拟研究了巷道围岩外层关键岩梁与内层预应力承载结构的作用.结果表明:外层关键岩梁结构在巷道变形过程中起到骨架作用,屏蔽和阻断应力的传递,不但使得巷道跨度范围内垂向应力的传递发生阻断,上部岩层载荷不能向关键岩梁下位岩层传递,而且承担了开挖引起的应力重分布的大部分水平应力.内层预应力承载结构的存在,使垂向应力支撑压力峰值向煤壁深处转移,应力集中程度减缓导致应力匀化.预应力承载结构能够通过柔性变形实现对外层结构的适应性让压,既允许巷道顶板有一定的变形,又可在变形过程中保持较高支护阻力.

预应力桩水平承载性状数值分析

预应力桩广泛应用于建筑物桩基础中,单桩水平承载力由于受力条件复杂难以确定。利用大型有限元软件ABAQUS,采用混凝土塑性损伤模型模拟预应力桩水平承载性状,选取上海典型场地软土试桩验证后,进一步分析灌芯以及桩型对水平承载力影响。分析表明:数值计算方法能有效模拟H-y曲线陡降变形,全过程反映预应力桩的水平承载性状;配筋灌芯对单桩承载力影响不大,但能一定程度改善H-y曲线陡降变形;桩型变化对单桩水平承载力影响不大,但能够延缓H-y曲线陡降变形,提高桩身延性。

基于数据回归法的水工钢闸门承载应力特性分析

水工钢闸门结构应力原型检测,是利用水压力荷载通过水头变化逐级加荷,检测状态应尽可能接近设计状态,然而在实际中受上游水位、电厂运行情况等多方因素的影响,检测荷载达到设计状态非常困难。在获得多级实际荷载检测数据的基础上,采用数据回归分析方法构建了闸门构件承载时应力特性分析算法,并以福建省水口水电站溢洪道的工作弧钢闸门为例展开计算,结果显示各测点在设计水头下的应力值均小于许用应力,且计算结果的标准误差较小。相关经验可供类似工程借鉴。

深部软岩巷道等应力承载拱强度理论研究

针对深部软岩巷道难支护的特点,结合围岩应力分布规律以及锚杆锚和锚索的支护特点,提出了深部软岩巷道锚杆锚索等应力承载拱强度理论.该理论是根据巷道所处的应力环境,通过锚索和锚杆的长短搭配,在巷道围岩中形成一个受力更为均匀的承载结构,从而提高围岩的自承能力,以此来维护巷道的稳定.此外,还推导出圆形承载拱的承载能力公式,对深部地应力较为均匀的工程具有一定的参考价值.

巷道层状顶板三向承载梁承载能力弱化机理研究

为了研究影响煤巷安全和稳定性的层状顶板结构承载能力衰减问题,采用理论推导、数字试验和相似模拟方法,建立了巷道层状顶板三向承载梁结构的物理和力学模型,依据Drucker-Prager强度准则提出了巷道层状顶板三向承载梁结构的弹塑性分析方法,基于三向承载梁结构的承载机理和极限平衡理论,以淮南张集矿17246工作面轨道巷顶板为分析对象,通过Matlab等数值计算软件,推导出了特定工程地质条件下三向承载梁结构峰后软化阶段和残余承载阶段的极限承载应力及其影响规律。结果表明:巷道层状顶板呈现层状分布、相互作用、分区承载的三维长板结构;基于应力通过岩层逐层传递特性,可求解出岩层当中任意岩层上的作用应力;巷道顶板三向承载梁结构的压剪破坏判断值f<0表示该点进入压剪破坏状态,f=0表示该点达到压剪破坏的临界状态,f>0表示该点仍处于弹性承载状态;煤巷顶板在峰后残余阶段依然具有一定的承载能力,计算得到试验巷道层状顶板的极限承载应力约为5.1MPa,残余承载应力约为2.9 MPa;煤巷开挖后顶板经历弹性承载、弹塑性承载、塑性承载,当顶板处于峰后残余承载时,顶板结构受到外界应力扰动可能发生大变形灾害;随着围压的增加,岩体的峰值抗压强度、残余抗压强度均呈增加趋势。该研究结果揭示了顶板结构承载能力弱化的本质。

锤击法和静压法对预制桩承载特性的影响分析

以同一工程场地采用相同设计参数而沉桩工艺不同的预应力管桩为例,从沉桩机理、沉桩对桩侧及桩周土的影响、残余应力的影响等方面进行了分析,指出相同条件下静压桩比锤击桩承载力约提高50%。

梯形框架转换层内预应力

首先介绍钢混梯框大空间转换层结构体系。再对后张有粘预应力梁、柱控制截面上出现的拉弯、压弯、纯弯状态进行论述。给出预应力与普通钢混构件混合布置又相互约束的计算方法。建立了计算控制应力公式,使普通与预应力两种钢筋同时达到设计强度并在裂缝宽度控制下互补,更适合在构件布置复杂的结构体系中应用。

深部临时水仓硐室群围岩偏应力分布特征与控制技术

以邢东矿二水平临时水仓硐室群为工程背景,采用FLAC3D模拟研究硐室群围岩偏应力分布规律及塑性区响应特征,探寻硐室群围岩偏应力分布与硐室群围岩稳定性支护的内在联系。研究结果表明:临时水仓硐室群开挖卸载后,在硐室群围岩中形成环状偏应力峰值区,其环状偏应力峰值区的范围及位置与硐室群围岩塑性区的范围及位置基本一致,且各硐室围岩偏应力峰值区内的高偏应力集中区与各硐室围岩塑性区的扩展区域相同。基于数值模拟试验结果得出,强力锚网索可在各硐室围岩中形成大范围锚杆-索预应力承载结构,并据此提出了该预应力承载结构范围应大于各硐室围岩偏应力峰值区范围的硐室群围岩支护原则。现场实践表明,采用强力锚网索和厚层U型混凝土联合支护,可保障临时水仓硐室群围岩的控制效果,满足其生产服务期间的使用要求。

单节支柱瓷绝缘子的有限元应力仿真分析

研究支柱瓷绝缘子的故障诊断方法。运用机械振动理论和有限元仿真技术,以ANSYS为研究平台,建立绝缘子模型,模拟、分析在温度载荷、水泥膨胀载荷、水平应力载荷等不同载荷下,单节完好支柱绝缘子和带缺陷支柱绝缘子分别的承载应力,然后基于模态分析理论,得到绝缘子前6阶模态的固有频率和振型。为有效判断绝缘子的振动特性以及绝缘子的优化设计及应用评价提供可靠依据。

预应力混凝土管桩原位复打技术在供水中央控制大楼工程中的应用

结合工程实例浅析对影响预应力管桩承载力较易忽略的几个问题。叙述通过增大锤击能量对预应力砼管桩进行原位复打后的状况和承载力的检测结果。

构造应力影响下煤巷变形机理及合理支护设计

固庄煤矿15#煤层15704工作面回风顺槽处于"锅底"状的向斜构造中,导致回风顺槽围岩变形量大,难以满足矿井正常安全生产。基于实验室力学性能测试及巷道围岩控制理论,采用理论分析及数值模拟计算的方法,提出采用"普通锚固+锚注+快速承载预应力锚索"联合支护方案。普通锚固可以控制浅部围岩,锚注可以加强浅部围岩强度,快速承载预应力锚索可以调动深部围岩承载,形成整体的拱形承载结构。现场工业性试验表明,采用"普通锚固+锚注+快速承载预应力锚索"联合支护方案后,顶底板移近量为24.5mm,两帮移近量为9.3mm,顶板离层量控制在7.1mm以内,效果良好,可以较好地控制构造应力影响下巷道的围岩变形,提高巷道的整体稳定性。

预应力混凝土管桩原位复打技术在桩基处理中的应用

结合工程实例浅析对影响预应力管桩承载力较易忽略的几个问题。叙述通过增大锤击能量对预应力混凝土管桩进行原位复打后的状况和承载力的检测结果。

某住宅小区预应力混凝土管桩基础设计及应用

在长沙某住宅小区基础设计的过程中,通过对几种桩基方案的比较选择、单桩承载力的确定以及桩基施工过程中的技术控制等方面,提高对预应力混凝土管桩在实际工程中应用的认识。

山体下急倾斜煤层合理区段煤柱留设研究

针对山体地貌下急倾斜煤层区段煤柱失稳易导致煤柱群联动失稳,造成顶板大面积裂隙贯穿至地表发生山体滑坡等地质灾害问题,以西南逢春煤矿N2821工作面为工程背景,建立了山体下急倾斜煤层区段煤柱受力模型,分析了山体下急倾斜煤柱失稳必要条件与合理尺寸计算;综合利用Local Space-Viewer、ArcMap、Rhino3D软件对西南逢春煤矿地形等高线获取、处理、三维地貌网格生产,导入FLAC3D软件中建立三维山体地貌特征数值模型,研究山体下急倾斜煤层区段煤柱承载应力演化规律。理论分析得出:当煤层倾角大于煤柱上下表面摩擦系数之和的反正切值时,煤柱存在滑落失稳;N2821工作面合理煤柱尺寸为12 m。模拟结果得出:随工作面推进,采空区中部煤柱受应力叠加影响最大,煤柱围岩所受剪应力逐渐增大且向煤柱集中;煤柱虽受采动影响,发生塑性破坏导致承载应力降低,但仍有较好支承能力。现场监测数据分析与模拟结论相吻合,煤柱留设尺寸合理,研究成果对类似条件煤柱留设有一定的参考与借鉴意义。

深井煤巷高强高预紧力锚杆支护技术的研究与应用

随着矿井开采深度的不断增加,深井巷道尤其煤巷的难支护问题日渐突出。通过对协庄煤矿-850水平回采巷道锚杆支护失效原因的分析,阐述了高预紧力和高强度锚杆及其配套构件对深井煤巷支护的作用机理,并通过采用BHRB500型高强高预紧力锚杆在-850水平回采巷道进行了工业性试验,矿压观测表明,巷道变形量得到有效控制,满足了深井煤巷一次成巷、不再返修的要求。

巷道顶板三维板梁结构的传力机制研究

为了揭示巷道开挖前后,巷道顶板三维板梁结构内应力场的演化规律,通过建立层状岩层的承载传力力学模型,研究了层间结构面和层状岩体变形对承载和传递应力的扰动作用,提出了层间结构面和层状岩体承载传力的能量分析方法,确定了层状岩体的应力传递和应变能密度解析解,揭示了结构面储能和层状岩体承载传力的影响规律,并在淮南张集矿1412A工作面开展工程应用。结果表明:法向刚度和切向刚度决定了层间结构面的储能能力,法向应力和切向应力决定了结构面的实际储能大小;岩层的承载应力并非等于上部岩层的负重,而是上部岩层的作用应力、自重应力、下位岩层的作用应力叠加的结果;应力传递效率与相邻上下层岩层的容重比呈正相关关系,与层厚比呈负相关关系,与弹性模量比呈负相关关系;1412A工作面开采时,1#煤顶板第1层薄的软弱泥岩无法承载上方岩层的重量,第2层厚的中砂岩可以承载上方岩层及自身重量,载荷应力为0.90 MPa,计算得到该类条件下基本顶初次断裂步距为30.7 m,与现场实测结果基本一致。

装配式建筑围护结构低能耗优化设计方法

为了提高装配式建筑围护结构的承载能力,需要进行结构低能耗设计,提出基于屈曲分析和承载应力评估的装配式建筑围护结构低能设计方法。根据装配式建筑围护结构的材料特性建立建筑结构力学承载模型,采用套筒灌浆连接和浆锚搭接连接方法进行装配式建筑围护结构的有效连接,分析装配式建筑围护结构的自振频率、振型和阻尼比等动力特性,根据结构的能耗特性确定维护结构模型的结构设计配筋比,采用屈曲分析方法进行能耗控制和承载应力评估,实现对装配式建筑围护结构低能耗优化设计。测试结果表明,设计的装配式建筑围护结构的能耗较低,强度较大,连接部位的强度和延性都较好。

三峡左岸坝后施工栈桥钢箱梁拆除方案

三峡二期工程结束后,为拆除坝后120高程施工栈桥,施工单位提出了三个方案,经核算各方案中起重机荷载均超过栈桥预应力混凝土梁的承载能力,因此设计方对拆除方案作了修改,成功地解决了上述问题,文中对此作了详细介绍。

猴子岩水电站蜗壳垫层铺设方案分析研究

针对猴子岩水电站蜗壳垫层铺设范围,笔者拟定了四个方案,选取包含一个固定导水叶范围的扇形区进行分析,以进口断面的第一个管节建立数值计算模型,分别对蜗壳外包混凝土环向应力;钢蜗壳、座环环板和固定导叶应力分布规律;混凝土应力承载比、钢蜗壳和外包混凝土位移分布特征进行了分析研究,最终综合考虑蜗壳及外包混凝土应力、位移水平和施工难度确定了猴子岩水电站蜗壳垫层下末端铺至腰线。该铺设方案的应用可为类似工程参考。