高强预应力锚杆力学性能实验与支护研究

高强预应力锚杆支护是传统锚杆支护技术的进一步优化发展。由于深部巷道具有围岩破碎、高应力等复杂地质特征,更多的高强预应力锚杆替代传统锚杆应用于其中。本文通过理论分析,预应力转化试验,左右旋锚杆拉拔试验以及锚固力试验,对比分析高强预应力锚杆的力学性能,揭示了新型左旋高强预应力锚杆加固围岩的支护机理。研究结果表明:(1)理论分析锚杆在围岩中的作用机理,阐明了预应力锚杆对围岩的加固作用;(2)滚丝锚杆扭矩转化成预紧力的效率约为等强全螺纹锚杆1.7~1.9倍;不同直径的左旋滚丝锚杆力学性能均优于右旋全螺纹锚杆,左旋螺纹钢锚杆锚固力大于右旋螺纹钢锚杆;(3)分析新型左旋高强预应力锚杆的结构,其具有预应力高、锚固力高、有效断面大等优势。本研究为深部巷道围岩支护技术的优化与创新提供了有益的参考和借鉴。

岩体劣化下锚索预应力补偿机制数值研究

为揭示岩体劣化作用下锚索预应力补偿机制,本文基于Abaqus数值模拟,开展了锚索预应力在岩体劣化作用下损失及补偿数值模拟实验,并在验证模型可靠的基础上,分析了不同劣化率下锚索预应力损失和预应力补偿机制,研究结果可为预应力锚索锚固的边坡灾害防治提供相关依据。

深埋软岩巷道高预应力恒阻耦合支护技术及其应用

针对深埋软岩巷道揭煤段掘进过程中围岩变形控制的问题,以石垭口煤矿1790回风石门为背景开展研究。首先,依据现场工程地质调查与实测结果分析了巷道揭煤段变形破坏特征;其次,采用理论分析与数值模拟等综合研究手段,揭示了深埋软岩巷道揭煤段大变形破坏机理;第三,基于开挖补偿力学效应和NPR(negative Poisson's ratio)长、短锚索耦合控制机理,提出了以NPR长、短锚索为核心的高预应力恒阻耦合控制技术;最后,通过数值模拟的手段验证了该方案的合理性。研究结果表明:巷道存在围岩变形严重、支护结构破断失效和巷道维护成本高等特征;巷道失稳破坏的根源在于围岩强度低且破碎严重、原支护结构不耦合以及支护强度不足;本文提出全断面“NPR长、短锚索+底角注浆锚杆+反底拱”的控制方案与参数。现场工业性试验中,NPR支护段较普通支护段围岩变形减小300~500 mm,NPR锚索受力最终稳定为340 kN左右。高预应力恒阻耦合支护方案可有效控制深埋软岩巷道揭煤段围岩大变形,为揭煤段围岩安全稳定控制提供了新支护手段。

列车动载作用下隧道底部隆起预应力锚索整治失效机制分析

以我国西南某铁路YD隧道典型底部隆起案例为依托,通过分析长达8年的现场监测数据,明确了预应力锚索处置后仍存在的隧底围岩变形难以约束、底部隆起病害持续发展的工程问题,进一步结合数值模拟手段,探究了列车振动荷载作用下缓倾层状岩体运营铁路隧道底部隆起预应力锚索整治的失效机制。研究结果表明:列车动载作用是导致YD隧道底部预应力锚索整治失效的关键因素;在列车动载作用下,预应力锚索出现了整体滑移现象,导致较大程度的预应力损失,难以有效约束隧底隆起发展,最终使锚索整治失效,可见在该病害整治中不宜采用预应力锚索进行加固;同时随列车速度增加,会进一步加剧预应力锚索整治失效现象,在同类病害整治后的逐级提速过程中应引起高度重视,铁路隧道底部隆起病害不宜采用预应力锚索整治方案。

软岩大变形隧道预应力锚索一体化施工设备与机械化配套工艺研究——以木寨岭公路隧道为例

为提高软岩大变形隧道预应力锚索的施工质量与施工速度,推进软岩大变形隧道机械化施工进程,依托木寨岭公路隧道,基于预应力锚索机械化施工关键技术研发,以实现预应力锚索钻、装、锚、拉一体化施工为突破口,通过悬臂掘进机、多功能锚索台车等大型关键设备构建软岩大变形隧道全机械化施工方法,于武都右线方向开展试验段研究。得出主要结论:1)预应力锚索机械化施工关键技术的研发与集成,实现了软弱破碎围岩预应力锚索高效、稳定施工,锚索施工质量显著提升,锚索有效预应力提高近100 k N;2)软岩大变形隧道全机械化施工方法转变了传统依靠人力的施工模式,施工质量、施工速度得以大幅提升,初期支护施工人员减少1/5,单个初期支护施工循环时间缩短近2 h,洞周收敛减小值最大达48.6%。

基于ABAQUS软件的某基坑项目边坡稳定性分析

文章以某项目基坑边坡为研究课题,对基坑开挖后的边坡稳定性与采用加固设计方案后的边坡稳定性进行研究,研究基于有限元强度折减法,利于用ABAQUS软件建立二维平面模型进行稳定性分析,同时针对锚网喷联合支护方案,建立有限元模型进行力学分析,验证结果表明,实施加固设计方案后边坡稳定性得到较大提高,可为以后的基坑边坡加固提供一定的借鉴意义。

一种新型复合预应力锚杆在巷道二次加固中的应用

依据顺槽动载扰动下围岩变形显著的特征及现有锚杆的优、缺点进行分析,研制出一种新型复合预应力锚杆。该预应力锚杆由机械锚固段、浆液锚固段和杆体外露段组成,并建立复合预应力锚杆抗拔受力模型。基于锚杆-围岩的相互作用力学模型,对煤矿顺槽锚固围岩的变形范围进行反演分析,在此基础上提出复合预应力锚杆长度的计算方法。利用上述理论确定马蹄沟煤矿3506运输顺槽围岩变形范围和锚注关键参数,并对二次加固后顺槽围岩的稳定性进行现场监测。结果表明,马蹄沟3506运输顺槽顶板最大移近量88 mm,两帮最大移近量102 mm。运输顺槽围岩的变形量较二次加固前显著减小,围岩二次加固效果良好。

边坡加固锚索预应力变化规律分析

目前,边坡预应力锚索加固技术已经得到广泛应用,但对锚索锁定后的预应力变化规律还缺乏系统深入的研究,特别是对破碎岩质边坡锚固后,锚索预应力的瞬时损失和长期稳定性还缺乏系统全面的认识。通过对工程边坡锚索预应力变化的系统监测和资料分析,探讨了锚索预应力的锁定损失、短期变化规律、长期变化规律和降雨对锚索有效预应力的影响,揭示了加固破碎岩质边坡的锚索预应力衰减变化的基本规律。

边坡加固中预应力锚索方向角的优化设计

提出了考虑坡面与滑面倾角影响的计算预应力锚索方向角的新方法,原有的不考虑坡面与滑面倾角影响的锚索方向角计算方法是推荐方法在坡面与滑面平行条件下的一个特例。根据锚索的运用目的、施工条件和结构要求,给出了最优锚索方向角的取值范围,比较了两种方法的锚固效果,理论和算例都证明推荐方法优于原有方法。计算结果表明,坡面与滑面的倾角差(绝对值)愈大,滑面摩擦角愈小,新老方法的锚固效益比愈大。新方法特别适用于采用大量锚索加固边坡的情况。

三峡永久船闸预应力锚索加固对周边岩体力学性状影响的研究

结合在三峡永久船闸边坡的锚索施工,进行了锚索加固对周边岩体力学性状的影响的研究。重点介绍了锚索张拉前后岩体的波速、变形以及弹性模量的变化,揭示了预应力锚固改善周边岩体力学性状的规律。该成果对分析预应力锚索加固作用机理和改进预应力锚固工程设计有重要作用。

锚杆支护巷道巷旁锚索加强支护沿空留巷围岩控制机理研究及应用

沿空留巷技术在薄、中厚煤层中应用较多,但在3m以上较大采高工作面中应用极少,究其主要原因是已往建立的沿空留巷力学模型欠妥、巷内与巷旁支护方式不合理。从如何提高岩层的自我承载能力入手,提出了一种主动的巷旁加强支护方式——巷旁采用锚索加强支护,巷内采用锚杆支护。建立了考虑巷帮煤体承载作用和巷旁锚索加强作用的沿空留巷力学模型,并分析了巷内锚杆支护和巷旁锚索加强支护的作用机理。利用理论分析所得结论,对淮北朱庄矿3625较大采高工作面风巷进行巷旁支护设计及工程实践。研究成果为较大采高工作面沿空留巷技术提供了理论依据和借鉴经验。

预应力锚索加固高陡边坡机制探讨

预应力锚索加固边坡是提高边坡稳定性的重要手段。弄清预应力锚索加固边坡的机制对于指导边坡加固设计具有重要的理论意义。通过建立高陡边坡计算模型,不断提高边坡岩土体强度折减系数,得到了边坡坡脚位移及预应力锚索内力变化规律,并结合预应力锚索加固岩体应力分布规律,得到了有益的结论:(1)边坡岩土体强度折减系数超过边坡安全系数后,预应力锚索内力开始迅速增加,越靠近坡脚的预应力锚索,内力增加越明显,可以监测坡脚处锚索内力变化,评价边坡稳定状态;(2)对于高陡边坡,绝大部分预应力锚索并不能提高潜在滑动面上的压应力,不能提高滑动面的抗剪强度;(3)预应力锚索加固高陡边坡的主要机制在于限制边坡潜在滑动体的位移。

预应力锚索的三维数值模拟及其锚固机理分析

预应力锚索加固作为岩土工程的一种主要技术已得到日益广泛的应用,其强而有效的加固效果已经为众多工程实践所检验。但是,与不断改进的施工技术相比,现有的针对预应力锚索的数值模拟方法却不能很好的反映这一实际加固效果,尤其是预应力的模拟。本文根据锚索中自由段和锚固段不同的作用机理,提出了一种能够模拟预应力的三维数值方法,即锚固段采用空间杆单元来模拟,而自由段则采用一种特殊的能够施加预应力的三维杆单元来模拟。在此基础上,研究了在预应力的作用下锚索和岩体的受力变形特征及其影响因素之间的关系,并对预应力锚索的锚固效果及其作用机理作了深入分析。

边坡预应力锚索加固的数值模拟方法研究

预应力锚索是治理高边坡稳定性的极为有效的方法。然而在边坡稳定性有限元分析中,往往会发现预应力锚索加固效果并不如实际情况下有效。造成这一现象是由于现有的预应力锚索的模拟方法没有很好地反映出锚索的工作机制,预应力锚索对于岩体不仅有应力贡献还具有刚度贡献,而且两者的发挥时机是不同的。通过评述现有各种预应力锚固模拟方法,分析对比了各方法的优缺点,介绍了在近年几十个边坡工程咨询工作中逐步完善起来的预应力锚固模拟的一系列改进措施,并提出了一套能够对锚索张拉、锁定、回灌等工序进行全过程仿真的新型锚索单元及其相应模拟新方法。最后结合锦屏一级水电站左岸坝肩边坡实例,给出了原有方法与改进方法之间对比例证。

顺层岩质边坡预应力锚索抗震加固机制研究

将顺层岩质边坡的层面考虑为弱面,将其等效为等间距共线多节理的力学模型。预应力锚索加固边坡的锚固模型等效为平面有限宽度岩体节理问题。并将初始应力和地震荷载引起的附加动应力视为远场作用,锚固边坡的受力问题视为远场作用效果和节理面集中力作用效果的叠加。根据叠加原理计算地震荷载作用下裂纹端部应力强度因子,发现位于裂纹端部的预应力锚索能大幅度降低I型裂纹的应力强度因子。以应力强度因子作为岩体的压剪破坏判据解释顺层岩质边坡预应力锚索的抗震加固机制,能很好地解释汶川地震边坡破坏特点。

双线小净距隧道中岩墙力学特征及加固措施研究

采用二维弹塑性数值计算方法,对Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ级围岩条件下平行布设的双洞隧道中夹岩墙受力、变形特点随隧道间距变化的情况进行了研究。研究结果表明,对于两隧道间距较小的小净距隧道,中夹岩墙的受力、变形极为不利,是设计、施工和监控量测的关键部位。同时研究了不同隧道埋深以及不同岩柱加固措施对小净距隧道中夹岩墙受力、变形特点的影响,为小净距隧道的支护设计、开挖方式、岩墙加固方式选取以及现场监控量测方案制定等提供指导。

破碎岩质边坡预应力锚固机制数值模拟研究

以金华—丽水—温州高速公路破碎岩质边坡预应力锚固工程为例,对破碎岩质边坡的预应力锚固机制开展系统的数值模拟分析。首先,依据现场实测预应力锚索张拉吨位与岩体变形的关系曲线,通过数值反分析,确定边坡岩体的力学参数,建立岩体力学计算分析模型。结合现场监测数据和室内试验研究成果,重点分析锚索预应力的扩散方式,探讨岩体质量、锚索张拉吨位以及外锚固结构对加固坡体应力和变形分布的影响规律,揭示预应力锚索体系的应力传递规律和坡体变形响应规律,从力学机制上揭示预应力锚索加固该类破碎岩质边坡的机制。

预应力锚杆加固围岩的力学机制研究

本文通过弹性理论分析，给出了预应力锚杆施加于围岩（开挖边界附近的岩体）的附加应力场和附加位移场，并由此得到预应力锚杆提供给围岩的附加应力状态的普遍形式。在此基础上。

土质边坡加固中预应力锚索框架内力分布的试验研究

利用现场试验方法,研究了土质边坡加固中预应力锚索框架的内力分布规律,以指导锚索框架工程的设计;得出了同一等级锚固力作用下框架的内力分布规律与不同等级锚固力作用下框架的内力变化特征,以及锚索力在框架纵横梁之间的分配特点;同时验证了锚索框架内力的Winkler弹性地基梁计算模式。

格构梁与边坡岩体相互作用机制及现场试验研究

基于格构梁弹性假设及Winkler地基模型变形协调条件所得的解析解,分析格构梁与边坡岩体相互作用机制;并依托忠县顺溪场滑坡治理工程,设计间距为4m×4m、截面为0.4m×0.5m的预应力锚索格构梁支挡结构,通过格构梁现场试验,重点探讨预应力加载时格构梁内力的变化特征及锚固力在格构纵横梁上的分配规律。现场试验既考虑了格构梁与边坡岩体相互作用,又克服了数值法中岩体与结构参数难确定及解析法对复杂情况难于求解的问题,为优化格构梁的结构设计提供了科学依据。