一种新型中空注浆锚杆止浆塞的优化设计与试验研究

锚杆在隧道施工中应用广泛,对于提高围岩自承能力,减小结构受力效果显著,中空注浆锚杆经过注浆后可以大幅提高其支护效应,注浆质量直接影响中空锚杆的承载能力。基于一种新型中空注浆锚杆止浆塞,通过数值模拟对其构造形式和结构尺寸进行优化设计研究,并通过室内模型试验和现场试验对研发的新型止浆塞的排气稳压效果进行检验。结论如下:止浆塞最优尺寸为内塞排气槽上端宽8.0 mm,深1.5 mm,下端宽11.3 mm,深1.0 mm;闭气坎高度为3 mm;外塞孔口端直径为51 mm,远离孔口端直径为50 mm。止浆塞对不同锚杆孔孔径具有普适性,当止浆塞与锚杆孔相差0~4 mm时,均能满足其稳压止浆性能要求。试验结果表明,新型止浆塞稳压压力在0.7~1.2 MPa之间,锚杆孔内浆液充盈,浆液密实,止浆效果明显。

无粘结预应力抗浮锚杆抗渗漏性能研究

抗浮锚杆是地下工程设计中常用的一种抵抗地下水浮动力的措施,在地下水位高,抗浮工程设计等级为甲级的地下工程,已严格要求抗浮构件的边缘不出现裂缝,且按照荷载组合计算时,构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力,在抗浮设计等级为甲级的地下工程中若采用抗浮锚杆则不能采用常规抗浮锚杆而必须采用预应力抗浮锚杆,以达到预期设计及使用工况要求。预应力抗浮锚杆实际施工过程中,因现场施工原因或者封锚端头设计原因等往往造成预应力抗浮锚杆张拉端出现渗漏问题,这对地下工程防水安全及使用带来极大隐患。论文通过对预应力抗浮锚杆抗渗漏性能研究有效解决了封锚端头渗漏封堵问题,且社会及经济效益明显。

锚碇–围岩系统在拉剪复合应力条件下的变形规律及破坏机制研究——以坝陵河特大岩锚悬索桥为例

锚碇基础是悬索桥的关键受力部位,认识它的变形规律和破坏机制是评价其强度和稳定性的前提。岩体现场缩尺拉拔模型试验发现,锚碇后锚面上,围岩位移呈马鞍形分布,残余变形率呈V形分布;侧壁围岩位移呈倒塞体形分布,永久变形比例高。FLAC3D数值模拟发现,应力场分布具有明显的分段特征,前段和后段锚体围岩有着不同的应力传递路径;塑性变形主要发生在锚体周边及上部岩体中,破坏形态类似塞体状;围岩–锚碇系统可能发生整体拉剪复合破坏。设计和施工过程中,应对塑性区及显著变形区内的岩体进行重点加固。

吸力锚土塞在粉质粘土中形成的模型试验研究

介绍在室内粉质粘土土槽中进行吸力锚土塞形成试验 ,给出了部分试验结果。通过模拟海上吸力锚沉放过程 ,研究土塞形成和发展的规律及模型沉放过程中压力差、沉放速度等因素对土塞形成产生的影响。并对一些试验现象和结果进行了初步分析 ,得出了一些结论。

坝陵河悬索桥西岸隧道式锚碇锚塞体长度方案比选的数值模拟研究

锚碇基础是悬索桥的关键受力部位,它的总体稳定性和受力状态直接影响到大桥的安全和长期使用的可靠性。当悬索桥设计桥面宽度一定时,若采用的隧道式锚碇截面变化情况下,锚塞体长度的确定除了与设计主缆缆力的数值大小有关外,还应考虑如何充分利用锚塞体围岩的力学性能。本文通过拟建的坝陵河悬索桥西岸隧道式锚碇锚塞体长度方案比选的数值模拟研究,获得锚塞体合理经济的长度,以供设计参考。

吸力锚下沉过程中土塞高度计算

针对吸力锚试验模型建立了有限单元计算模型 ,对吸力锚下沉过程中土塞的生成进行了模拟计算分析 ,对吸力锚下沉过程中存在的渗流等因素进行了充分考虑 ,将计算结果与模型试验结果进行了对比分析 ,结果表明该计算方法是基本可行的 .对于目前国内、外在这一方面还无任何经验可以借鉴的时候 。

坝陵河大桥隧道锚围岩力学特性原位试验研究

为全面认识坝陵河悬索桥西岸隧道锚的受力变形特性及安全稳定性,在分析研究锚碇区地层岩性特点基础上,利用相似性原理设计了与锚碇系统实际受力状态相适应的隧道锚原位模型试验系统,研究了原位试验加载及测试方法.试验成果表明,锚塞体混凝土和岩体在不同岩体条件下呈现出不同的变形特点:当岩体质量较好时,变形基本呈线性变化;当锚塞体周围岩体质量较差时,岩体的非线性变形特征明显.锚塞体与岩体之间的剪切残余变形表明锚塞体和岩体接触面在设计荷载作用下将产生较大的相对滑动.完整性较差岩体中的锚塞体变形远大于完整性较好情况下的锚塞体变形.

离散元法模拟吸力锚施工中生成的土塞研究

吸力锚是近年来在海洋工程中出现并得以迅速发展的一种新型基础形式。然而吸力锚施工中产生的土塞现象对顺利施工和安全使用构成了严重的威胁。文章采用了离散单元法来研究吸力锚施工中的土塞现象 ,并得到了一些结论。圆形刚性颗粒模型是文章中所采用的基本模型 。

坝陵河大桥隧道锚锚塞体关键施工技术

坝陵河大桥主桥为单跨双铰钢桁加劲梁悬索桥,西岸采用隧道式锚碇,其锚塞体竖向分14层施工。为解决定位架施工难度大及预应力管道施工精度要求高的难题,经方案分析比选,定位架采用先在锚洞外加工成杆件、在锚洞内分节拼装成型方案,预应力管道采用分段拼装方案。施工中控制定位架单根杆件最大重量小于55kg,预应力管道按6m一段安装在定位架上,同时重点控制槽口模板、锚垫板、定位板及预应力管道的定位。为解决高落差混凝土泵送难题,主要对其混凝土原材料进行控制,并布设"之"字形拖泵管等。为解决大体积混凝土温度控制难题,控制混凝土入模温度小于28℃;分14层浇注,且层间浇注间歇控制在7d左右;埋设冷却水管降低混凝土内、外温差。

特大悬索桥现场隧道锚塞体的自平衡法承载特性研究

为了检验超大吨位、边坡等复杂环境的特大悬索桥隧道锚塞体,自平衡测试方法被用于1∶10的现场2个模型隧道锚塞体试验。采用后推法测试技术对开州湖大桥进行试验测试,在模型锚塞体尾端位置安设千斤顶及位移杆(每个模型锚塞体下位移杆2个、上位移杆4个),沿着垂直作用方向加载,测试出模型锚塞体承载力和荷载-位移关系曲线表达式。结果表明:在加载过程中,模型锚塞体及周围岩体无破坏迹象,两个模型锚塞体洞口位置出现轻微裂缝开展,荷载位移曲线为缓变形。随加载时间的延长,锚塞体的位移呈增大的趋势,位移发生在15~45 min,且每级荷载值加载下,其位移最大不超过5 mm。右洞在各级荷载加载下其位移均高于左洞,部分高于5 mm。建议混凝土与岩体间的摩擦系数为0. 77和粘聚力为369 k Pa。两个模型锚塞体的安全系数分别为5. 3 (左洞)和5. 2 (右洞),满足最新《公路悬索桥设计规范》锚塞体抗拔安全系数和围岩稳定安全系数分别不应小于2. 0和4. 0的要求,为类似桥梁工程的长期安全性评价提供参考。

考虑砂土渗透性变化的吸力锚沉贯及土塞特性研究

吸力锚负压沉贯过程中锚内部常常产生土塞现象,这将阻碍锚体的进一步沉贯,影响吸力锚在海床土体中的安装深度,最终导致吸力锚承载力的降低,本研究通过1g条件下室内模型试验研究土塞的形成机理。通过试验模拟吸力锚水下砂土中吸力沉贯过程,借助高分辨率相机记录锚体整个沉贯过程,同时利用微型孔压传感器测量锚内外负压值随沉贯深度变化情况。试验过程中发现吸力锚内部土柱在向上渗流作用下发生细颗粒迁移现象,且随着沉贯深度的增大,土塞隆起的高度逐渐增加。提出土塞的形成是由于吸力锚内部土体膨胀引起的,进而引起渗透系数的增加。本研究分析了渗透系数在锚体沉贯过程中的变化情况,并对Houlsby和Byrne提出的吸力锚砂土中沉贯吸力计算模型进行了改进,从而获得更加准确的沉贯吸力随沉贯深度变化关系理论计算方法,为吸力锚的工程设计和施工提供理论依据。

JDY441可取式卡瓦封隔器的研制与应用

为了解决可取式卡瓦封隔器存在的锚定和解卡不可靠问题,通过改进、优化封隔器锚定机构和解卡机构,研制了JDY441可取式卡瓦封隔器。该封隔器由防撞部分、坐封部分、锁紧部分、密封部分、锚定部分及解封部分组成,采用多级液压缸坐封、双向卡瓦锚定,封隔器密封、锚定安全可靠。室内试验和现场应用结果表明,封隔器的工作压力达到35 MPa,工作温度为135℃,解封力为96 kN。

中粗砂中吸力锚的负压沉贯模型试验研究

吸力锚是海洋工程中广泛采用的一种基础形式。其沉贯能力(即达到预定海床位置)是其承载力达到设计要求的重要保证。国内外针对吸力锚在细砂、粉土和黏土中的沉贯性进行了较多理论及模型试验研究,但对中粗砂研究相对较少。分别针对不同水位深度和不同抽吸速度条件,对吸力锚在中粗砂中的沉贯性进行了大量模型试验研究和分析,得到了负压与沉贯深度的关系。通过沉贯方案对比,得出了吸力锚负压沉贯的最佳试验条件。通过有机玻璃吸力锚对比沉贯试验,直观展示了沉贯过程中吸力锚中"水塞"和"土塞"的形成过程。吸力沉贯与压力贯入对比试验表明,负压导致的渗流显著降低了吸力锚的沉贯阻力,是中粗砂中得以沉贯的主要原因。基于试验成果,提出了模型试验条件下,吸力锚沉贯计算的理论公式。

基于CFD-DEM流固耦合方法的吸力锚基础负压沉贯数值模拟

吸力锚基础作为一种新型高效的海洋结构物基础形式在海洋工程中得到了广泛应用。对于砂土中的吸力锚沉贯研究,传统试验或有限元数值模拟存在一定局限性。采用基于离散单元法与计算流体动力学理论(CFD-DEM)流固耦合方法对吸力锚在砂土中的吸力贯入过程进行数值模拟分析;通过与室内物理模型试验、沉贯阻力理论解析计算结果进行对比分析,验证CFD-DEM流固耦合方法的有效性和准确性。进一步地,从土颗粒细观尺度上深入分析吸力锚在砂土中沉贯特性。数值模拟捕捉到贯入过程中锚内土塞和砂层变化现象,发现砂层呈现出中间向上凸起的弧状分布,说明贯入产生挤土效应,其造成的土体位移和膨胀也是土塞产生的原因。同时模拟得到贯入过程中的超孔隙水压力等势线分布变化情况和锚内砂层水力梯度的变化情况,证实了砂土中吸力贯入的“安全机制”。最后将数值所得的锚外负压比变化与Houlsby和Byrne理论模型计算结果进行对比,得到锚内土体渗透系数随沉贯的变化规律。通过本研究验证,采用离散元法结合计算流体动力学理论有效地模拟和捕捉吸力锚沉贯过程中的细观土水相互作用、宏观土体变形及渗流场分布等现象,该方法可作为吸力锚沉贯特性研究的一种有效手段。

可取式桥塞及其机械结构设计原则

可取式桥塞具有可回收性、解封无需钻铣、对套管伤害较小等优点,被广泛应用于井下作业过程中。针对国内可取桥塞承压性能低,可靠性不高的现状,对桥塞的坐封、密封、锚定、防中途坐封及双向承高压结构进行了分析,对桥塞坐封机构、锚定机构和锁紧机构的设计提出了具体的设计原则,有利于进一步提高可取式桥塞的设计水平。

锚索孔堵漏方法在桩锚支护工程中的应用

深基坑常常采用桩锚的基坑支护体系进行基坑支护,该支护体系适用于复杂地质条件,并在经济性和安全性方面都有一定优势。但是在采取封闭止水帷幕的基坑施工时,锚索施工会穿透止水帷幕,对止水帷幕造成一定破坏。结合在施项目工程实际,对锚索孔堵漏方法在桩锚支护工程中的应用进行了阐述,并就其综合效益进行了分析比对。

膨胀土锚索止浆塞施工工艺现场试验研究

利用具有高膨胀率的膨胀土作为原材料,发明出一种膨胀土锚索止浆塞。该止浆塞放置在锚索自由段和锚固段交界处和锚索一起放入锚孔中。通过现场试验得到注浆压力、注浆量和返浆/漏浆量之间的关系。结果表明,水泥浆的注浆量得到了保证,锚索承载力也得到了提高。

考虑岩体流变的隧道锚长期稳定性研究

岩体流变是隧道锚长期稳定性研究重点之一。以FLAC3D软件中CVISC流变模型为理论基础,通过单轴压缩流变试验及接触面长期抗剪强度试验获得与岩体流变相关的力学参数,并将CVISC模型和获得的参数融入依托工程数值仿真模型,进行长期稳定性分析。分析结果显示:隧道锚在1倍设计主缆力施加后100a内,锚塞体、围岩及锚塞体与围岩接触面长期变形小,较符合工程设计安全要求。上述研究思路与结果可为类似工程研究提供参考。

中空注浆锚索在顶板淋水主斜井堵水支护加固中的应用

针对古城煤矿主斜井巷道掘进过程中顶板出现的锚索孔淋水严重影响支护效果和施工进度的情况,通过巷道钻孔探放水探测发现顶板存在很多强度较低的泥岩岩层,开挖后在原岩应力的作用下,容易产生裂隙,此时的裂隙会导致水从裂隙中渗透出来,对施工与支护造成不良影响。基于注浆锚索的堵水支护加固和注浆理论,通过理论计算选择了合适的主斜井顶板淋水段的注浆锚索支护方案和注浆参数并在主斜井里程590~599m进行注浆锚索试验,确定注浆锚索施工的具体参数。根据注浆锚索试验段的矿压观测表明,注浆锚索堵水支护加固措施在古城矿主斜井淋水试验段取得了成功应用。

顶板淋水主斜井预应力注浆锚索堵水支护加固试验

针对古城矿主斜井顶板锚索孔导通裂隙水,导致顶板淋水严重,通过对主斜井淋水段实地钻孔探放水,分析了顶板含水层分布及淋水规律,设计了适合该工程状况的注浆锚索支护方案及注浆参数,并在现场进行注浆试验,进而推广到主斜井淋水段支护中。矿压观测结果表明,注浆锚索堵水加固支护在古城矿主斜井淋水段取得了成功。