深井高应力腐蚀环境下锚杆强度劣化机理及预测

煤矿深部开采除了面临“三高一扰动”之外,还面临井下腐蚀性大气和高应力、强扰动等因素共同形成的高应力腐蚀环境,井下大气腐蚀环境等级能达到CX(极高腐蚀)级。以山东巨野煤田深部矿井为工程背景,首先分析了深井开采高应力腐蚀特征及影响因素,对锚杆杆体材料开展实验和理论研究,揭示了高应力腐蚀环境下锚杆强度劣化机理,推导了杆体强度劣化理论模型。①通过对杆体材料开展SEM、腐蚀SSRT和加速腐蚀实验发现:腐蚀会造成杆体材料的断后伸长率和断裂时间的衰减,相较于惰性条件分别减少了8.22%和8.34%;随腐蚀率增加,材料破坏形式由韧性破坏向脆性破坏转变,区域腐蚀类型逐渐由点蚀发展为均匀腐蚀。②结合实验结果、电化学理论与非均匀腐蚀模型,引入Pruckenr温度影响因子,推导出杆体材料强度劣化时变模型。深入探究该模型中服役环境温度T、杆体截面半径R和杆体材料常温腐蚀速率V_(h,298K)对杆体服役寿命的影响发现,R与服役寿命呈线性正相关;T和V_(h,298K)与服役寿命的关系表现为服役寿命衰减程度随影响因素水平升高而减小。③结合实验结果与锚杆防冲吸能原理,对巷道锚杆支护极限抗冲能力进行计算分析。结果表明,随锚杆腐蚀率增加,锚杆吸能减少,可抵抗最大震级降低,巷道动力失稳灾害发生风险增加。

深部大变形巷道“锚杆+短锚索+长锚索”支护机理与实践

唐山矿0293工作面回采巷道存在变形大、难支护等问题,理论分析表明:处于高偏应力环境的巷道围岩易于产生较大的变形,理论分析和现场实测表明,巷道围岩局部区域的塑性区破坏深度达到3.8 m左右,巷道表面位移量达400 mm左右,基于此,设计了针对围岩的“塑性区内+塑性区外+稳定岩层”的“锚杆+短锚索+长锚索”三重支护方案:即选用2.4 m锚杆、4.5 m短锚索与10.5 m长锚索协同支护,实现软岩巷道的安全稳定。

矿井锚杆腐蚀研究综述:因素、机理及防腐技术

锚杆是巷道支护体系中最基本的组成部分,其力学特性易受矿井环境影响。为保障巷道支护安全,减缓锚杆腐蚀失效进程,有必要对矿井腐蚀环境下的锚杆腐蚀因素、腐蚀机理及防腐技术进行研究。采用典型调研、数据统计、理论分析等手段剖析了矿井腐蚀环境下锚杆腐蚀主要影响因素,阐述了锚杆电化学腐蚀机理、点蚀形核生长机理以及应力腐蚀开裂机理,介绍了原材料防腐技术、表面防腐技术和防腐支护体系特点,指出单因素分析向多因素分析、宏观研究向微观研究、理论型向实用型转变是锚杆防腐技术研究的重要发展方向。

霄云煤矿2307泄水巷锚杆破断分析及支护优化设计

针对霄云煤矿2307泄水巷锚杆破断问题,利用现场调研报告与数值模拟软件,分析巷道围岩的应力分布与塑性区发育趋势,研究巷道锚杆在过构造段的损坏特征,从地质构造、应力转移、支护方案三个方面分析锚杆破断机理,得出破断锚杆的受力状态。根据现场巷道锚杆破坏形态与理论分析结果,对原有支护方案提出了增加巷道帮部锚索支护、使用T型钢带、配备让压环等加固措施。结果表明,锚杆破坏集中在过构造段,巷道应力集中区出现在巷道肩角处,水平应力大于垂直应力,巷道支护优化方案成功应用于工程实际,有利解决现场围岩控制难题。

长江某大桥高峰岸锚碇基坑边坡应力变形及支护效果数值模拟分析

依据工程地质资料及锚碇基坑支护设计方案,利用ANSYS软件构建长江某大桥锚碇基坑的三维地质概化模型,将模型导入FLAC3D中模拟分析了锚碇基坑开挖支护全过程中的应力、变形及塑性区演变特征。结果表明:基坑开挖过程中,岩体应力集中现象相对较轻,整体以压应力为主,分布较均匀;开挖后基坑的整体变形趋势是向上向临空面回弹变形,底板最大综合位移为14.7 mm,边坡最大变形出现在北侧反倾向边坡,变形值8.65 mm;塑性区体积持续增大,仅在最后一级开挖时有所降低;开挖完成后,基坑北侧的岩体内出现大量塑性区。与单一锚杆支护方案相比,锚杆+锚索支护方案北侧高边坡岩体变形平均减小16.6%,开挖完成后塑性区体积减小8600 m^(3),最大分布深度从15 m减小到5 m。锚杆+锚索支护方案不仅较好地抑制北坡变形,而且有效减小岩体内塑性区分布深度,提高岩体稳定性,基坑边坡支护效果更好。

拉力型锚杆锚固体应力分布试验及数值模拟

锚杆锚固段界面剪应力分布规律是锚杆设计研究的重点,通过采用不同的锚固参数进行拉力型锚杆的拉拔试验,主要从灌浆体的配合比和锚固深度两方面研究了不同锚固参数下锚杆各界面剪应力分布情况,结果表明锚固系统各界面剪应力衰减过程包括沿杆体和垂直杆体两个正交方向的衰减,并非均匀分布。采用数值分析软件FLAC3D对影响拉力型锚杆锚固效果的参数进行数值分析,结果表明:在围岩体相同的情况下,灌浆体的弹性模量对锚固系统的锚固效果影响明显,增大灌浆体的弹性模量可以有效提高锚固系统的锚固效果;在围岩体相同的情况下,改变灌浆体的锚固长度对锚固系统锚固效果的影响不是很理想,锚杆的锚固承载力主要发生在锚杆的前端,采用增加锚固长度来提高锚固系统承载能力的方法是不可取的。

预应力锚杆内锚固段长度效应研究

为研究预应力锚杆内锚固段长度对杆体轴力及围岩支护效果的影响,将锚杆内锚固段长度与杆体总长度之比定义为内锚固段长度系数,根据锚固界面剪应力计算公式,推导锚杆轴力与杆体伸长量的关系式。在分析内锚固段长度系数对杆体轴力影响规律的基础上认为,在锚杆杆体总长度一定的情况下,减小内锚固段长度,可有效控制杆体轴力的增大。基于预应力锚杆加固围岩的组合拱理论,利用FLAC3D数值模拟技术,分析内锚固段长度对锚杆的预应力场及围岩支护效果的影响,结果表明:内锚固段长度的降低,有利于扩大锚杆的预应力场影响范围、提高围岩有效承载圈厚度、减少围岩塑性区深度和变形量。最后,讨论了通过改变锚固长度协调支护刚度的工程意义。

预应力锚杆肋梁在深基坑支护中的应用

本文系统介绍了预应力锚杆肋梁的受力特点,分析了预应力锚杆肋梁的受力机理,并应用于深基坑支护工程,采用有限元方法对预应力锚杆肋梁支护的基坑进行数值计算,得出纵横梁的弯矩及面层的位移,弥补了传统方法的不足,将计算结果与传统的锚桩支护方法进行对比,表明在护坡桩桩端无法嵌入的情况下,采用预应力锚杆肋梁支护是一种经济、可靠的方式。

扩大头锚索在饱和粉细砂层中的受力特性

对于特殊复杂的地质条件以及对变形要求较高的地下工程,扩大头预应力锚索有效利用扩大头前端土体抗力,提高锚索的承载能力和支护结构的抗变形能力,是一种较为理想的支护方式。扩大头锚索的理论研究与设计滞后于工程经验,基于弹性理论,通过研究扩大头前端土体受力状态与土压力的关系以及锚固土体接触面的应力状态,分析了土层变形过程中锚索的受力特性,建立了扩大头预应力锚索在土体变形过程中的力学模型,通过实例验证了公式的适用性,为研究与评估施工过程中扩大头锚索的整体受力情况提供了新的思路。

深厚软土地区深基坑支护优化设计与分析

沙井泵站基坑位于深厚软土地区,淤泥层厚,开挖深度大。通过用加虚拟拉力的方法对基坑原支护方案进行模拟计算,认为原方案中局部支护桩的位移和弯矩不能满足规范要求,为此对支护方案设计提出优化建议。将现场施工监测数据与该基坑的计算数据进行对比分析,证明优化后方案的合理性。

预应力锚杆背拉结构的力学性态研究

对滑坡治理工程的一种新型抗滑结构—预应力锚杆钻孔抗滑桩结构的受力状态和抗滑机理进行了室内试验和现场监测研究。得到了该结构受力及抗滑性的一些规律 ,为该类结构的设计和研究提供了试验依据。

涨壳式预应力中空锚杆的研究与应用

通过研究涨壳式预应力中空锚杆和普通砂浆锚杆在限制隧洞围岩塑性范围、控制洞室围岩位移变化、锚杆支护轴向力这三个方面的对比分析,说明了涨壳式预应力中空锚杆具有更好的锚固效果。锦屏二级水电站东端2号引水隧洞中应用涨壳式预应力中空锚杆,解决了临时支护与永久支护二者如何有机结合的问题,最大程度地提高施工进度,而且对高地应力情况下的坍塌、岩爆也可起到很明显的防治效果。

工作面回采对临近巷道矿压影响规律研究及监测技术应用

使用锚杆应力监测仪对现有巷道在回采过程中的应力变化进行监测,共设置了7个监测站,共14个测点,分布于车场以及回采巷道中。通过分析监测数据得到了各测点围岩随采动过程的应力变化规律,并根据应力的大小变化来反映回采工作面的推进对围岩的影响程度,同时验证了在斜巷上方煤层中保护煤柱的临界法线距离的留设,在煤层和受护巷道高差大于15倍的煤厚时,可以忽略采煤工作面回采时对斜井的采动影响。

埃塞俄比亚TENDAHO溢洪道闸墩及弧门支座加固设计

针对本工程溢洪道闸墩预应力锚杆发生断裂,导致弧门支座承载能力不足的请况,进行断裂原因分析。根据结构布置特点和工程施工状况,通过分析和计算,提出了取消原钢梁支座、增加钢筋混凝土牛腿作为弧门支座、在闸墩表面局部受拉扇形区设置钢板条替代受拉钢筋的加固处理方案。该加固处理方案解决了弧门支座承载能力不足的问题,研究成果对类似工程问题的处理有一定参考价值。

龙滩水电站表孔预应力闸墩初步设计

龙滩水电站溢流坝表孔承担全部泄洪任务,其工作弧门承受水推力较大,设计采用预应力闸墩技术。本文简要介绍预应力闸墩初步设计全过程,并应用三维有限元法对其应力分布规律进行了详细研究。

海河堤岸预应力土层锚杆加固的数值模拟分析

为研究预应力锚杆对海河堤岸的加固效果,利用三维显式有限差分法,建立了预应力锚固仿真分析数值模型。通过预应力锚杆的现场试验,获取了数值计算所必需的参数。理论计算与实测结果吻合较好,因而验证了海河堤岸改造工程设计的可靠性。

北京朝阳广场深基坑支护技术

北京朝阳广场深基坑支护设计尝试采用上部复合土钉墙,下部桩加预应力锚杆的支护形式。上部复合土钉墙较桩锚支护节约成本。土钉墙设计中第三道土钉替换为预应力土钉,有效地限制了土钉墙顶部位移。土钉墙顶面及桩顶连梁上布置变形监测点,采用量距法及经纬仪挑直线的测量方法进行变形监测,实测变形的数据均在规范允许范围内。

不连沟煤矿顺槽巷道煤体片帮防治研究

不连沟矿井在F6103工作面辅助运输顺槽掘进期间,巷道两壁发生片帮,片帮深度达0.6～1.6 m,使巷道超出原设计断面净宽2.6 m,成为不连沟煤矿最大的危险源之一。针对该矿存在的影响煤矿安全生产的片帮灾害问题,结合周边矿井冒顶事故进行了原因分析,提出不连沟矿巷道掘进期间煤体片帮的治理依据。

大型船坞坞室墙施工期有限元分析

拉锚式坞墙结构在大型船坞工程中广泛采用,但船坞的结构计算中,往往引入多种假设,因而无法获得严密的解答.结合启东丰顺船坞坞墙工程施工实际情况,分析拉锚式钢筋混凝土坞墙施工期特点.借助大型三维有限元软件MSC.Marc分别建立4种典型工况有限元计算模型,选取足够大的地基计算范围,以减少地基的影响,得出各工况下坞墙结构位移及应力特点,并将有限元计算结果与实测数据进行比较,以分析施工工序对坞室墙受力的影响.分析表明拉锚结构能够有效降低坞墙体系的水平位移及土体、混凝土结构的有效应力,从而提高拉锚体系的稳定性.当拉锚体系形成之后,原先由部分土体所承受的坞室墙前后荷载差所形成的应力,全部通过钢拉杆传递给锚碇桩,从而明显改善坞室墙及整体的变形.

桩底嵌岩锚杆锚固段应力分布研究

针对基桩竖向承载力自锚法测试体系中桩底嵌岩压力型锚杆的受力特点,基于Kelvin问题的弹性位移解,并结合锚固体-岩石作用的剪胀机理,推导了压力型锚杆应力分布的弹性解。基于所获得的解答,分析了桩底嵌岩锚杆锚固段应力沿锚固长度的分布规律,并分析了各种岩土参数变化对锚固段剪应力分布的影响。结果表明:桩底嵌岩锚杆锚固段上的正应力随着距承载板距离的增大而减小,剪应力随着距承载板距离的增大先增大后减小,峰值剪应力随着剪胀角的增大而增大,随着锚固体泊松比的增大而减小。