穿断层隧道NPR锚索支护体系抗震特性振动台试验研究

为研究具有负泊松比效应(negative Poisson’s ratio,NPR)的恒阻大变形锚索在地震作用下的吸能特性与动力响应规律,利用振动台开展含断层隧道使用普通锚索支护以及使用NPR锚索支护的振动台物理模型试验,对比分析地震作用下处于不同围岩条件中以及使用不同锚索进行支护时隧道结构的动力响应规律。研究结果表明:在同一地震波作用下,使用NPR锚索进行支护的隧道结构破坏程度与使用普通锚索进行支护的隧道结构相比有明显的改善,表明NPR锚索在地震作用下具有良好的吸能特性,能够为隧道结构提供有效支护;通过对比分析普通锚索与NPR锚索的锚索轴力时程曲线可知,在地震波作用下,普通锚索会发生破断现象,轴力突降至零,而NPR锚索的高恒阻力能够持续提供有效支护;分析隧道结构各测点的加速度、应变、土压力等动力响应可知,隧道断层区域在地震作用下的动力响应更为明显,隧道结构在地震作用下呈现出拱肩→拱腰→拱顶的破坏规律,这一研究成果为类似隧道工程的支护对策提供了理论参考。

地震作用下NPR锚索固坡效应振动台试验研究

为研究恒阻大变形(NPR)锚索在地震作用下的吸能特性和动力响应规律,总结地震作用下无支护边坡发生破坏的一般规律,利用振动台开展地震条件下无支护边坡以及NPR锚索支护边坡的振动台对比试验。结果表明:相同工况下经过NPR锚索支护后的边坡变形破坏情况以及岩土体的破碎程度与无支护边坡相比改善显著,NPR锚索支护边坡的最终破坏程度也远低于无支护边坡,表明NPR锚索在地震作用下具有良好的吸能特性,能够通过吸收地震释放能量的方式增强边坡的整体性,降低坡体破坏程度,为边坡提供有效支护;分析NPR锚索在试验全程的轴力变化情况,发现在地震惯性力的反复作用下,锚索内恒阻结构产生疲劳效应导致轴力下降,随着施加振动荷载强度不断提高,轴力下降到一定数值后便不再发生明显变化,可认为在地震作用下NPR锚索的锚固特性始终存在,仍能对边坡提供有效支护;分析同一工况下NPR锚索支护边坡与无支护边坡各测点PGA放大系数的变化趋势,发现NPR锚索用于边坡支护工程中时,可以很好的限制坡体变形,对于滑坡位移具有一定的控制能力;根据试验现象及动力响应分析,将地震作用下无支护边坡破坏过程分为3个阶段:张拉裂缝产生及坡顶松动阶段,裂缝持续发展阶段,滑动面贯通坡体崩塌溃坏阶段。

引汉济渭工程秦岭引水隧洞岩爆三维NPR支护技术

针对引汉济渭工程秦岭引水隧洞岭北段频繁产生岩爆灾害、原支护结构破坏等问题,对秦岭引水隧洞岭北段进行地质勘测调查,分析隧道围岩岩爆破坏特征及破坏模式,开展超深隧洞岩爆三维负泊松比(negative Poisson’s ration,NPR)高应力补偿支护体系研究工作。采用现场勘查等方法,对隧道地质条件及岩爆破坏成因进行分析,并采用对比试验的思想设计出秦岭引水隧洞岭北段岩爆监测预警试验方案,提出以微观NPR锚杆为核心的三维NPR高应力补偿支护体系;通过现场试验分析新支护体系下围岩岩爆控制程度及其支护效果。结果表明:以微观NPR锚杆为核心的三维NPR高应力补偿支护体系能有效控制隧道围岩岩爆灾害发生,新支护体系试验段微震能量、频次均明显降低,爆坑深度、钢拱架受力和变形量明显减小。研究成果可为超深隧道岩爆灾害的防治提供参考。

新型NPR锚杆支护系统抗动力冲击试验研究

为应对深部洞室开挖过程中可能出现的高应力岩爆、冲击地压及外部爆炸等动力冲击作用下造成的洞室围岩非线性大变形,何满潮院士研究团队研发了具有均匀大变形、颈缩明显消失、屈服平台消失等实验现象的2G-NPR(Second Generation Negative Poisson’s Ratio)锚杆新材料,并在此基础上,形成了2G-NPR锚杆支护工程岩体的刚柔性结构系统大变形控制技术。为了深入研究爆炸强冲击作用下2G-NPR锚杆支护工程岩体的整体动态响应规律及力学行为,后续将其应用于国防和人防工程中。在爆炸试验现场研究了爆炸冲击波在花岗岩中的衰减模型,确定了爆炸所需的装药参数,获得了PR锚杆支护复合结构和2G-NPR锚杆支护复合结构洞室的支护参数;对比研究了在爆炸冲击过程中2种不同支护体系中拱顶峰值压力、拱顶拱肩拱底加速度、锚杆轴力以及围岩的动力学响应和相互作用规律,揭示了不同支护洞室的抗冲防爆特性及其破坏模式。研究结果表明:2G-NPR锚杆能抵抗更强的平面冲击载荷,能量吸收分摊比例占比高,在地下防爆支护中具有显著能量吸收特征,能够起到传统锚杆支护无法比拟的支护效果。此外,针对地下洞室开挖引起围岩应力状态的改变,提出洞室开挖应力补偿理论,并得到了锚杆锚固端各应力分量和位移分量的理论解,为后续洞室支护研究提供理论参考。

NPR钢筋与海工混凝土的粘结性能试验研究

目前我国研究应用的钢材与西方发达国家相比强度仍然偏低,且普遍存在强度提高延性降低的问题,研究开发新型高强高延性钢筋是解决我国建筑用钢问题的有效途径。为了探究NPR钢筋能否应用于海工混凝土结构,本文采用中心拔出试验对NPR钢筋与海工混凝土间的粘结性能进行了研究,观察了试件的破坏形态,并分析了钢筋类型(NPR钢筋、普通钢筋)、海工混凝土强度等级(C30F250、C40F250、C50F250)、钢筋直径(8 mm、18 mm)及粘结长度(5d、7d)对粘结强度及粘结应力-滑移曲线的影响规律。试验结果表明:钢筋类型对破坏形态、粘结强度及粘结应力-滑移曲线均有明显影响;其他条件相同时,NPR钢筋的粘结强度低于普通钢筋;并且NPR钢筋的粘结强度随粘结长度的降低、海工混凝土强度等级的提高而增大。同时,采用三段式粘结-滑移本构模型对试验实测的粘结应力-滑移曲线进行拟合;结果表明,三段式模型能够较好地描述NPR钢筋与海工混凝土粘结应力-滑移曲线的特征。

下穿隧道开挖对松散堆积边坡稳定性影响的物理模型试验研究

隧道与边坡的空间展布特征、边坡岩体结构特征、隧道开挖工序、其他影响外因等直接关系到隧道和边坡的协同稳定特性。为探究复杂地质条件下隧道-边坡体系的稳定性,以深圳部九窝弃土场堆积体边坡为研究对象,通过物理模型试验探索隧道下穿开挖扰动影响松散堆积体边坡的变形机理。首先,基于隧道和边坡实际几何特征和空间展布特征,确定最佳相似比,构建上覆松散堆积体边坡的物理模型;然后,开展了降雨条件下大断面隧道下穿开挖与未开挖两种工况的物理模型对比试验,通过分析降雨条件下坡体内部含水率、孔隙水压力和土压力的变化规律,揭示了降雨条件下在松散堆积体边坡下方开挖大断面隧道导致边坡失稳的变形机制;最后,采用具有负泊松比特性的恒阻大变形锚索,提出大跨度隧道的围岩NPR(Negative Poisson’s Ratio)锚索控制措施,并通过数值模拟进行控制效果验证。研究结果表明:经过一定的降雨历时,松散堆积边坡的破坏由表层扩展到深层,主要变形模式为冲蚀型冲沟;隧道下穿开挖会形成较大范围的松动圈和临空面,当边坡冲沟掏蚀区与隧道松动圈重叠后,隧道内易发生涌水、局部塌方等灾害,继而诱发上覆边坡出现局部滑塌破坏现象。采用NPR锚索对下穿隧道围岩进行高预紧力应力补偿控制,隧道拱顶下沉和上覆边坡变形均得到有效控制,为类似工程背景的隧道支护和边坡加固方案的设计提供新的思路。

微观负泊松比锚杆静力学特性及其工程应用研究

相比于传统的小变形锚杆支护材料,负泊松比锚杆/索材料具有大伸长量、高强高韧、高恒阻力、吸能等优异力学特性。在宏观负泊松比(NPR)锚杆/索研究和应用基础上,何满潮研发了新一代微观NPR钢材料和微观NPR锚杆。目前微观NPR钢材料的静力学特性研究较少,微观NPR锚杆在城市地下隧道工程的适用性有待于现场应用验证。通过室内静力拉伸试验对微观NPR钢的力学特性进行了研究,结果表明本批次微观NPR钢平均伸长率为34.68%;恒阻力值范围为203.9~240.7 kN;拉伸全过程表现为均匀拉伸变形;无屈服平台,破断时无明显颈缩现象。通过理论推导,建立了微观NPR锚杆在微静力拉伸条件下的弹塑性增量本构模型。以某路地铁站风道段为工程背景,介绍了微观NPR锚杆施工工艺,现场测试了极限拉拔力、伸长率及锚杆轴力等方面,结果表明,微观NPR锚杆具有高恒阻力及大伸长量等优势。在围岩大变形隧道开展了支护应用试验,验证了其具有良好的围岩大变形控制效果。

南芬露天铁矿高陡边坡失稳全过程物理模型试验研究

利用自主研发的深部地质工程灾害模型试验系统进行试验,模拟滑坡大变形失稳破坏的全过程。在模型内部布设小型NPR锚索进行力学监测,同时采用数字散斑技术对边坡位移进行监测,从试验角度研究滑坡大变形破坏时的边坡内部应力变化规律及NPR锚索在大变形破坏条件下表现出的力学特性。试验结果表明:边坡破坏表现出明显的阶段性演化过程,大致可划分为四个阶段:软化压密阶段、裂纹产生阶段、裂纹扩展阶段、滑动面贯通阶段。边坡失稳破坏过程中,NPR锚索发生较大变形但未发生破断失效,表明锚索能够在滑坡全过程中对其进行持续监测和加固。NPR锚索在试验过程中的受力特征与现场滑坡牛顿力监测结果相吻合,证明NPR锚索在滑坡超前预警方面具有有效性及合理性。

新型钢筋与混凝土黏结本构关系的试验研究

NPR钢筋是一种抗冲击、吸能强以及延伸率高的新型钢筋。为了探究这种新型钢筋应用于实际工程可能性,进行了NPR新型钢筋的拉伸试验、黏结试件的电化学加速锈蚀试验和中心拔出试验,提出了NPR新型钢筋的本构关系模型;描述了NPR钢筋黏结试件的破坏形态;对锈蚀前后的NPR新型钢筋与混凝土黏结退化机理进行了分析;阐述了不同种类钢筋、锈蚀率、黏结锚固长度等因素对钢筋混凝土的黏结性能影响;分别拟合了NPR新型钢筋锈蚀率与混凝土极限黏结强度降低系数、黏结锚固长度与相对黏结强度关系表达式,以及锈蚀前后NPR新型钢筋、普通钢筋与混凝土的极限黏结强度表达式。

HFC双向网络的规划与调试

依据DOCSIS标准和洛阳广电网络公司HFC网络双向改造的经验,对HFC网络双向改造的目的和意义、双向HFC网络的功能与作用、HFC双向通道的设计原则、正向通道和回传通道设计的异同、回传通道设计和调试的关键技术等方面进行了详细的分析和阐述,提出了以汇聚到CMTS的上行端口的CNR值和下行的数据传输速率及业务需求率来进行双向HFC网络规划计算的思路,通过对回传通道的调试的分析,给出了回传通道的调试要点。

CM模式的上行通道调试方法与注意事项

在有线电视的双向网络调试中,调试方法直接影响上行通道的稳定性,各节点的电平设置是调试的关键环节,光链路的NPR测试更是设置光链路节点电平的关键参考依据,介绍了双向的节点电平设置与工作原理,并分析了上行通道中影响SNR指标的因素。

昌宁隧道软岩大变形及NPR锚索开挖补偿支护技术

为控制昌宁隧道的软岩大变形,基于NPR锚索的恒阻吸能特性,通过物理模型试验和现场试验,研究了NPR锚索支护隧道围岩的变形力学机制和NPR锚索支护的控制效果.结果表明:在模型试验中,随着围岩应力增大,隧道两肩的收敛变形大于拱顶沉降,构造应力对围岩稳定性影响较大;在NPR锚索支护下,围岩未发生大面积破坏,隧道周围岩体应力分布较为均匀,应力集中现象不明显,NPR锚索支护起到了应力补偿效果;在隧道开挖过程中,NPR锚索的轴力从增长阶段过渡到稳定状态后,围岩变形收敛并停止增长,有效控制了围岩的变形.在现场试验中,NPR锚索能够将围岩变形量从原来的大于2 m减小到108 mm,并且减小了支护结构的受力,有助于避免昌宁隧道初期支护变形和二次衬砌破坏的隐患.

新型负泊松比高强钢筋与混凝土黏结性能的研究

针对我国自主研发的新型负泊松比高强高延性抗腐蚀性钢筋(NPR),采用中心拔出试验对NPR钢筋与混凝土间的黏结性能进行研究,观察试件的破坏形态,并分析钢筋类型(NPR钢筋、普通钢筋)、钢筋直径(8,18 mm)及黏结长度(5倍、7倍钢筋直径)对黏结强度及黏结滑移曲线的影响规律。试验结果表明:钢筋类型对破坏形态无明显影响,但对黏结滑移曲线的影响明显;其他条件相同时,NPR钢筋的黏结强度低于普通钢筋的黏结强度,且钢筋直径和黏结长度对两类钢筋与混凝土的黏结强度影响规律类似。