基于巷道围岩自承特性的锚杆锚固效果研究

现有锚杆锚固效果研究很少关注整体锚固围岩的自承载特性。巷道围岩切向应力σθ对围岩承载结构的力学变化反应灵敏,研究了锚杆长度和锚杆强度对切向应力σθ曲线变化的影响,可为研究锚杆锚固效果提供重要参考依据。整体锚固巷道围岩σθ曲线形状与锚固端所处弹塑性围岩位置有关,当锚固端在塑性区内,对σθ曲线的峰值位置和大小影响不大;随着锚固端向弹性区深入,σθ分布曲线形成内外两个峰值,锚固巷道围岩出现弹塑性交替的现象。同时,锚杆强度与围岩自承强度存在一定程度的匹配关系,相应地提出了通过锚固σθ曲线的双峰值来判别锚杆锚固效果的新方法,该方法能较好地解释软弱地层条件下取消系统锚杆布置的问题。

围岩时变承载能力定量评估的LDP-GRC耦合新方法

为定量判断二次支护时机,在围岩自承载系数基础上考虑岩石的流变力学性质,采用Boltzmann流变模型推导了围岩时变承载系数,研究了时间轴上围岩自承能力的变化过程和发挥程度.并以围岩时变承载系数为基础建立考虑时变效应的LDP和GRC曲线耦合新方法,定量得出二次支护时机及围岩时变承载系数间的相关关系.研究结果表明:1)不同隧洞断面处的围岩自承能力随时间变化趋势相似,都是开挖初期围岩自承能力迅速变弱,随后慢慢趋于稳定;经过相同的蠕变时间,距离开挖面越远,围岩自承能力越弱.2)同一隧洞断面处,时间越早围岩时变承载系数越大,围岩自承能力尚未充分发挥,不宜进行二次支护,即二次支护时机应该避开初期围岩自承能力变化剧烈时段.

公路隧道施工扰动分析方法探讨

为了量化研究施工扰动对隧道工程稳定性的影响,采用了理论分析、数值计算的方法,分析了与施工扰动影响密切相关的各类因素,构建了最小施工扰动分析方法及其与隧道工程稳定性的关系。利用拱顶下沉和周边收敛指标建立了反映施工扰动影响的隧道位移评判指标,并依据规范给出了拱顶下沉指标和周边收敛指标取值范围。提出了考虑围岩对原岩应力力学状态的继承能力和围岩安全状态的围岩自承载能力评判方法与表达式,给出了围岩自承载能力评判区域。修正了既有隧道衬砌安全系数,提出了反映施工扰动影响的隧道衬砌安全度评判指标。构建了由隧道位移评判指标、围岩自承载能力评判指标和衬砌安全度评判指标确定的隧道施工最小扰动综合评判公式,并给出了隧道施工扰动程度与隧道稳定状态对应关系及等级划分标准。采用提出的最小扰动分析方法对福州机场二期高速公路工程中金鸡山隧道的两种施工方法进行对比分析,结果表明:采用双侧壁导坑法和CRD法施工,隧道稳定性均属于良好级别,双侧壁导坑法对隧道扰动程度小于CRD法,隧道施工采用双侧壁导坑比CRD法更有利于隧道稳定性。

基于围岩自承载理论的超大跨硐室设计方法

研究目的:自承载拱理论是地下工程发展的方向,但是目前国际上对自承载拱理论的应用只停留在概念阶段,不能实行量化分析,也不能直接应用于地下工程设计。目前国内地下硐室的设计规范采用古典支护理论,但是对于超大跨地下硐室,其计算的结构厚度过大,因此不适用。基于此,在围岩自承载理论下,本文提出能够直接用于设计的量化分析方法和计算公式,促进"围岩自承载"理论从概念到定量分析的跨越性发展。研究结论:(1)提出了"超大跨硐室支护应充分利用围岩自承载能力"的设计理念以及"以喷射混凝土+预应力长锚杆(索)为主要承载结构,二衬作为安全储备的"的设计原则;(2)提出了应力流守恒原理;(3)提出了基于数值分析的锚杆与预应力锚索设计参数的确定方法,给出了在"围岩自承载理论"指导下计算锚杆、喷射混凝土、锚索、二衬等设计参数的方法和公式;(4)本研究成果可应用于跨度超过30 m以上的超大跨硐室设计领域。

前坪水库安山玢岩洞室围岩稳定分析

围岩稳定性是地下建筑物安全和使用首要的考虑条件,同时制约工程建设、影响后期建筑物运行安全。洞室围岩失稳是一个受诸多因素影响和制约的复杂过程。在阐述前坪水库泄洪洞围岩基本特性的基础上,简要分析围岩应力分布的特点、应力重分布规律以及围岩变形破坏的因素,运用等效内力计算及现场监测手段,找出工作区围岩应力重分布后应力最大部位,明确了洞室衬砌设计的关键部位。工作区监测资料反映围岩位移变化符合“破坏—支护—平衡”的规律,同时位移曲线也呈现出较为明显的S形曲线走势,根据位移曲线可确定初期喷锚支护后围岩应力重分布达到新平衡的时机,达到了充分发挥围岩自承能力的目的。

柔性支护结构对软弱围岩隧道的支护效果研究

将格栅拱架和系统锚杆连接成整体可形成一种柔性支护结构,而这种柔性支护方式在软弱围岩隧道中应用较少。为研究该支护结构在软弱围岩隧道中的支护效果,通过FLAC 3D数值分析软件研究了该支护方式下隧道软弱围岩的应力和位移发展情况。得到如下结论:①得到了隧道各部位主应力发展规律,在新型支护结构下围岩主应力下降幅度较大,后期应力回升最大值约为其下降幅度的1/5,围岩稳定后,拱腰位置围岩应力最大;②新型结构支护围岩塑性区稍大于传统支护方式,但该支护结构更有利于围岩成拱,更大地发挥围岩自承载力;③得到了各施工阶段围岩位移发展趋势,并通过围岩特征曲线展示了该新型支护结构对围岩的作用方式,结果表明该支护结构对软弱围岩支护效果稳定。

软碎回采巷道围岩承载体系及控制技术探讨

针对软弱破碎围岩巷道支护困难的问题,以经坊矿3-边角071顺槽掘进为工程背景,通过分析软弱破碎围岩变形特征和巷道围岩承载体系,得出软弱破碎围岩变形特征主要是由弹性变形、碎胀变形、塑性变形等五种变形组合形成;围岩的自承体系由巷道内支护、浅层围岩及深部围岩耦合形成。针对断层构造叠加影响的巷道变形,提出采用π形梁配合单体液压支柱加固,并补打点柱进行补强支护来保证巷道断面的稳定性。