Study on distribution rule of sliding pushing force and remnant resistant sliding force acting on anti-sliding pile

Anti-slide pile is one of the important methods to administer landslide geological disaster because of its advantages.It plays important role in administering landslide.It is a premise of reasonable economy and technological advance to know the distribution rule and feature of the force between anti-sliding pile and surrounding rock.To determine the sliding force and remnant resistant sliding force,according to need of study,this paper sets up the geological model and mechanics model in term of a typical landslide,and analyzes the effect rule of sliding body distortion,strength and gravity to the pushing force and remnant resistant sliding force by use of the numerical model.The distribution rule of pushing force and remnant resistant sliding force of the type of landslide is given.

Study on Ultimate Pullout Force of Grouting Anchors of the Anchor-Pull Retaining Wall

Determination of the grouting anchor pullout force is a key step during the design of anchor-pull retaining wall, but it is mostly determined relied on empirical formula at present, and the rationality and the safety cannot be effectively guaranteed. Based on the engineering case of the gravity retaining wall of Qinglin Freeway, the model test was designed, and combined with the results of the ABAQUS finite element numerical analysis, it was analyzed that how the anchor axial pulling force distributes. The results showed that the force of the anchor near the wall bolt was large and which far from the wall was small and the ultimate pullout force was proportional to the length, diameter and shear strength. When the end tension of the anchor was small, the top load played a leading role on the anchor tension. This conclusion confirmed the calculation formula of ultimate pullout force was and provided a theoretical basis for anchor-pull retaining wall design and calculation.

锚杆岩体界面载荷传递规律及锚固长度设计

为揭示巷道围岩锚固界面脱粘失效机理,量化锚杆支护设计参数,采用三线性粘结滑移模型进行理论分析,对轴向载荷作用下锚固脱粘失效全过程中,锚固段界面剪应力、锚杆轴力分布演化规律以及界面极限锚固力进行研究,根据锚固段长度不同,得到两种界面剪应力分布演化类型。研究结果表明:当锚固长度较短时,界面剪应力存在全长软化阶段;当锚固长度较长时,界面剪应力存在弹性-软化-滑移三段共存阶段。锚固粘结界面弹性段、软化段、摩擦段内的剪应力分别呈现双曲余弦函数衰减分布、余弦函数上升分布、均匀分布规律,锚杆轴力随界面剪应力分布演化呈现多种形态的衰减分布规律。根据锚固界面模型解析计算获得极限锚固力,当不考虑脱粘摩擦力时,极限锚固力随锚固长度的增加趋近于某一固定值;当考虑脱粘摩擦力时,增加锚固长度能够持续提高锚固界面安全系数。研究成果可为锚固机制分析、锚杆支护参数设计提供理论参考。

输电塔钢管角钢组合节点承载能力模拟分析与计算方法研究

依托输电线路实际工程,选取输电铁塔主材与横担连接处钢管角钢组合节点为研究对象,采用数值软件ABAQUS建立了钢管角钢组合节点精细化有限元模型,并通过静力加载试验验证了有限元模型的合理性;随后模拟分析了组合节点的传力机理和应力分布,明确了不同参数对组合节点受力特性的影响规律。结果表明,钢管、中环板与竖向板相交区域出现应力集中且最大应力达到屈服强度,并向四周扩散且逐渐减小,中环板和竖向板的厚度是影响组合节点极限承载力的关键因素。采用有效宽度法计算了中环板和竖向板的承载能力,建立了不同板件的内力占比计算式,基于此,提出了组合节点承载力计算方法。所提出的极限承载力计算方法与数值模拟结果的误差在13%以内,验证了计算方法的合理性,可为钢管角钢组合节点的结构设计与分析提供参考。

矿用锚索捻距与拉伸力学性能及锚固效果关系研究

矿用锚索主要由多根钢绞线缠绕而成,具有可弯曲、抗破断能力强及成本低廉等优点,在煤矿巷道围岩,特别是巷道顶板稳定性控制中广泛采用。捻距是制作锚索的重要参数之一,当选取煤矿锚索时,因了解尚浅而往往忽略这一参数。为探究捻距参数对锚索拉伸力学性能与锚固效果是否存在影响,论文采用理论分析与室内试验相结合的方法,初步厘清了捻距参数对锚索拉伸时的几何变形特征的影响,明晰了其对锚索锚固力的影响机制。基于试验获得的锚索拉伸及锚固拉拔数据构建数值模拟模型,与井下试验结果进行对比,得到了捻距与其极限拉伸载荷、最大锚固力的关系式,获取了能够充分发挥锚索拉伸力学性能与锚固效果的最佳捻距。研究结果表明:当锚索受到拉伸时,在一定范围内捻距与延伸率的关系为负相关,与拉伸极限载荷的关系为正相关;锚索-锚固剂界面存在一定的几何匹配关系,当捻距减小至其13倍公称直径时,最大锚固力随着捻距的减小而增大;综合分析锚索极限拉伸载荷与最大锚固力等因素发现,能够充分发挥锚索拉伸力学性能与锚固效果的最佳捻距为13~14倍公称直径。研究成果增加了锚索捻距对拉伸力学性能影响的认识,明晰了对其锚固机制的理解,为锚索制作及选取煤矿锚索提供了参考及理论支撑。

浆砌片石挡墙的水泥浆性能和注浆加固试验研究

注浆后的浆砌片石挡墙在受到墙身剪切破坏时,内部主要为块石间水泥浆破坏。为了更好地给注浆方法提供依据以及为挡墙稳定性分析和加固材料的确定提供参数,开展粘度试验和直剪试验,并基于试验结果和库仑理论获得界面的抗剪强度指标,再结合砌石体强度规范要求和流动性要求,明确合理的掺砂率。试验结果表明,粘度随着掺砂率和水灰比的增加而增大,在抗剪强度指标中,粘聚力整体上随着掺砂率和水灰比的增加而增大,且内摩擦角基本不变。由此结合水泥浆流动性能和直剪试验结果,得出最佳配合比;然后再通过挡墙模型试验,证明其方法的可行性以及在极限承载力荷载下挡墙的受力极限和破坏形态,该结果可为实际工程提供参考依据。

基于离散元法的耕层残膜拉伸性能研究

由于耕层残膜回收机关键农机部件设计优化过程中缺乏准确的残膜离散元模型参数,在一定程度上制约了耕层残膜回收机残膜受力机理分析与机构优化改进。本文以棉田耕层残膜为研究对象,对耕层残膜含量和极限拉伸力进行测定,得到不同耕层深度、不同厚度的残膜含量和极限拉伸力。根据测定结果,利用EDEM软件选用Hertz-Mindlin with Bonding接触模型对耕层残膜进行离散元模型参数标定,选用单位面积法向刚度、单位面积切向刚度、临界法向应力、临界切向应力、粘结半径、接触半径为试验因素。通过Plackett-Burman试验,确定影响Bond键的主要参数有单位面积法向刚度、临界法向应力和粘结半径。通过最陡爬坡试验和Box-Behnken试验,最终确定最优的Bonding模型显著参数单位面积法向刚度、临界法向应力、粘结半径分别为2.36×10^(5) N/m^(3)、6.47×10^(4) Pa、0.004 mm,对参数进行了仿真试验验证,误差为5.88%,满足要求。通过对比物理试验与仿真试验的拉伸过程耕层残膜状态与拉伸曲线,表明了耕层残膜模型合理性,为后期耕层残膜回收机仿真与膜土分离机理研究提供了理论支撑。

基于上限定理的砂卵石地层盾构隧道开挖面稳定性分析

目前对砂卵石地层开挖面稳定理论模型的研究相对较少,施工过程中盾构机支护力的施加多凭借施工经验进行。为研究砂卵石地层开挖面失稳问题,运用极限分析法上限定理,结合椭球体放矿理论,建立盾构隧道开挖面极限分析模型的计算方法,研究开挖面前方土体变形未发展至地表与发展至地的表两种工况,得到了极限支护力的上限解析解。并选取五种典型的理论分析方法验证了计算结果的正确性。结果表明:所提出的对数螺线椭球体机制得到的开挖面极限支护力受地层内摩擦角、隧道直径以及土体重度的影响较大,埋深和黏聚力的影响较小,地表超载的影响最小;其中开挖面极限支护力均随着土体重度和隧道直径的增大而线性增大,随着摩擦角增大呈现非线性减小趋势;通过与旋转破坏机制、3D对数螺线机制、FLAC^(3D)数值模拟得到的开挖面前方塌落区域的对比,所提出的开挖面前方塌落机制与数值模拟能接近地层的失效形状。

渗流条件下曲线盾构隧道开挖面稳定性分析

为研究渗流条件下曲线盾构隧道开挖面稳定性,在筒仓理论和极限平衡法的基础上,对传统楔形体模型进行改进,建立了斜梯台-楔形棱柱体模型,推导出受渗流作用影响的浅埋曲线盾构隧道开挖面极限支护力的解析式,通过数值模拟及工程实例对模型结果进行了验证,并进行了参数影响分析。研究发现:在渗流条件作用下,渗流力构成了浅埋盾构隧道开挖面极限支护力的重要部分,本工程地质情况下,渗流力最高可占极限支护力的46%,且渗流力受地下水位的影响较大。本研究模型理论计算结果与数值模拟结果较为接近且误差在5%以内,证明本研究所提出的三维计算模型的合理性,实际施工中为保障工程安全,盾构隧道实际支护力大于极限支护力理论值,本研究公式解可为实际工程施工提供支护力参考值。曲线隧道极限支护力与土体内摩擦角、黏聚力及线路半径均呈负相关趋势,当隧道线路半径小于300 m时,隧道极限支护力波动幅度较大,而当线路半径大于600 m时,开挖面极限支护力逐渐接近直线隧道。在急曲线盾构隧道及不良地质情况下施工时需注意及时调整盾构参数来维持隧道开挖面稳定。

多排微型抗滑桩极限抗滑力的数值模拟研究

对多排微型桩群在土体水平位移作用下的响应开展数值模拟研究,微型桩的建模充分考虑了其塑性变形的特性,并通过对已有的桩抗弯试验建立精细化有限元模型获得了桩体参数。在分析微型抗滑桩响应的基础上,推导了适用于微型抗滑桩的简化极限抗滑力计算公式,研究了微型桩排距和滑动面摩擦因数的影响。结果表明:多排桩能调动相对单排桩更大深度范围的桩土相互作用,结构整体刚度更高,但同时群桩效应降低了桩土相互作用力,多排桩中单桩抗滑力仅为单排桩情况下的50%~70%;滑动面摩擦因数对多排桩的影响大于单排桩,增加该系数明显降低了桩土相互作用力,提高了桩的影响深度范围,导致抗滑力降低;增大排距可整体上提高多排微型桩的抗滑力,当排距小于7倍桩径时,增大排距主要降低了桩的影响深度范围,而当排距大于7倍桩径时,则主要是通过改变桩土相互作用力的分布来增加抗滑力;所提出的桩抗滑承载力计算公式较好地反映了微型桩的受力特征,具有进一步研究和推广的价值。

煤矿胶带输送机托辊不同载荷工况受力分析

以DTL120/120/2×200S胶带输送机为例,分析尼龙托辊和金属托辊在不同载荷工况下的受力情况。根据胶带输送机托辊结构构建托辊仿真模型,以此为基础实施托辊极限载荷下和不同载荷工况下的受力分析,根据分析结果确认最佳托辊材料。另外,采用工业性试验进一步验证尼龙托辊和金属通过的磨损性能,综合分析确认尼龙材料更适合作恶胶带输送机托辊材料。

第三系半成岩富水砂岩隧道水平高压旋喷桩复合结构超前预加固研究

在诸如第三系半成岩地层等富水软弱均质地层的隧道建设中,常采用水平高压旋喷桩进行洞内超前预加固,但水平旋喷桩往往因自身抗拉强度低在承受较大荷载时容易发生断裂破坏。依托云南临沧至清水河高速公路王家寨隧道工程,提出了一种在桩体内插入小直径钢管的水平高压旋喷复合结构。通过力学理论分析、数值模拟与现场监测,对比分析了水平高压旋喷桩素桩与复合结构的力学机制与对围岩加固作用,并对钢管布置形式及直径进行优化设计。研究表明:在300 kPa水压下,复合结构相比素桩的挠度值降低了34.8%,最大拉应力降低了37.5%,受力模式明显改善,承受的极限水压力荷载大幅提升至700 kPa,对围岩拱顶沉降、应力也有一定削减作用;增加拱顶钢管布置密度可有效降低桩体拉应力,而减少钢管直径则会导致钢管拉应力增大;建议实际工程中拱顶间隔1根桩体布置108 mm钢管,拱肩间隔2~3根布置89 mm钢管,边墙可不设钢管。

载荷对油膜界面滑移及弹流润滑特性的影响研究

为探究恶劣工况下机械传动系统中摩擦副润滑失效的形成和演变机理,建立考虑油膜界面滑移的点接触弹流润滑模型,进行仿真计算,并开展双色光干涉弹流润滑试验,研究载荷对弹流润滑中油膜界面滑移的影响,进而研究界面滑移状态下卷吸速度、流体动压、油膜厚度、滑移参数等随载荷的变化特性。研究结果表明:随着载荷的增大,界面滑移幅度和滑移范围均显著增大,滑移区域卷吸速度明显下降,滑移区域动压分布趋于均匀,滑移区域产生膜厚堆积并出现入口凹陷特征,滑移区域形状逐渐呈“半月牙形”特征。

基于极限上限法的富水复合地层盾构隧道开挖面极限支护力计算方法

为更合理地设置富水复合地层盾构隧道开挖面支护力,保障盾构隧道安全掘进,基于极限上限法分析原理和相关联流动法则,构建水平层状地层盾构隧道开挖面分段对数螺旋线破坏机构,建立多层水平层状富水地层盾构开挖面稳定性极限上限法分析和极限支护力计算方法,并开展参数分析;并进一步依托实际工程,将理论计算方法、数值模拟与工程实践测试进行对比。结果表明:1)从隧道底部自下而上,土体参数对极限支护力的影响不断减小;2)与传统的地层均质化处理方法相比,考虑地层分层的破坏机构能够较好地表达多层复合地层盾构开挖面的破坏机制;3)考虑开挖面的变形控制,推荐将本文计算结果乘以1.5倍的安全系数作为土舱压力值。

体外预应力加固变截面连续刚构极限应力计算方法研究

为研究体外预应力加固变截面连续刚构体外束极限应力计算方法,首先,以两座背景工程为例,验证并评价了《规范》公式对于变截面连续刚构加固体系体外束极限应力计算的适用性;其次,在塑性铰个数计算的《规范》公式基础上,引入塑性铰个数修正系数α1以考虑连续刚构结构体系与实际破坏模式下截面转角特征,偏安全地提出加固体系破坏极限状态下塑性铰个数计算的修正公式;然后,通过对中支点失效模型与等效塑性区截面应变分布进行分析,提出中支点截面修正系数α2以考虑中支点截面变化对加固体系体外束有效长度的影响,经理论推导得出α2简析表达式,最终导出变截面连续刚构加固体系体外束极限应力计算修正公式;最后,对已有文献中3个算例进行计算,对比验证修正公式的正确性与适用性。结果表明:应用《规范》公式计算变截面连续刚构加固体系体外束极限应力将产生较大的偏差,且使设计结果偏于不安全,原因在于《规范》公式对变截面连续刚构体外束加固体系在破坏极限状态下塑性铰个数计算偏多及对于连续刚构中支点截面与跨中截面特性的差异考虑不够充分;提出的修正公式对变截面连续刚构体外束加固体系体外束极限应力的计算具有较高的精度与较好的适用性,最大误差在10%以内,能够满足工程计算精度的要求,且使结构设计偏于安全,能够对体外预应力加固变截面连续刚构承载能力极限状态设计提供参考。

伞型锚-注浆体协同锚固作用的试验研究

伞型锚可用于对土质边坡进行快速锚固,张拉后通过注浆即可对锚杆做防腐处理,同时通过研究伞型锚-注浆体的变形受力特性,还可实现二者锚固作用的叠加,有助于锚固体系加固效果的充分发挥,这方面的相关研究目前还较少。为了研究伞型锚-注浆体协同锚固作用的控制方法,在土坡中开展了不同有效长度常规注浆锚杆、非注浆伞型锚和注浆伞型锚的拉拔试验。结果表明:常规注浆锚杆在浆-土界面剪切破坏条件下的极限锚固力随注浆体长度增加呈现近似线性增长趋势;不注浆条件下深埋伞型锚锚固力随位移增加呈现先快速增长、后趋向于稳定的变化特征;注浆条件下,通过将注浆体与伞型锚锚杆隔离,将注浆体受力模式由受拉转变为受压,并采用循环张拉消除伞型锚锚固力增长过程中产生的塑性位移,实现了注浆体与伞型锚的位移协调,通过现场破坏试验验证了伞型锚与注浆体锚固力叠加协同控制方法的有效性。通过对伞型锚与注浆体锚固作用的协同控制,可进一步提高伞型锚在边坡永久加固修复工程应用中的经济效益。

地道桥下穿高速公路动态施工过程数值模拟

地道桥顶推下穿是一种高效且经济的解决路线交叉问题的施工方案,明确施工时地道桥的受力机理有助于优化设计,因此有必要对地道桥下穿过程进行模拟研究。文章以湖南省某公路地道桥下穿G4高速为例,基于有限差分法,对下穿顶推施工过程进行了数值模拟分析,研究得出地道桥盾构法动态施工过程应力场与位移场变化的规律。研究结果表明:随着顶推的进行,掌子面后方土层应力变化明显,影响范围在掌子面后6 m左右。同时,摩阻力系数与地层条件特别是土质情况联系密切,顶推施工时,箱涵底部产生的摩阻力占比超过总摩阻力的70%,计算结果明确了地道桥顶推过程中的受力特征与作用机理,能为类似的地道桥下穿施工提供合理的借鉴与参考。

基于回归分析的刮板取料机俯仰拉力曲线拟合研究

文中针对刮板式取料机中俯仰机构钢丝绳拉力安全值确定简单、无法全面、准确评估刮板取料设备运行安全系数的问题,对常用俯仰角度以及其对应的拉力值进行回归分析,计算俯仰角度及各角度对应拉力的曲线回归方程,并检测该曲线的拟合程度和显著性。以该方程为约束建立钢丝绳俯仰拉力保护的数学模型,通过将空载状态下或重载状态下取料机的钢丝绳理论拉力保护曲线设置为安全检测程序,结合控制软件的运行逻辑对设备的启动、下俯、行车进行限制,确保该设备运行的安全性。

对水平增强体复合地基设计中几个问题的探讨

针对目前水平增强体复合地基在承载力、沉降以及稳定计算中存在的问题进行了研究。算例结果表明:考虑筋材水平拉力和垂直拉力的作用,对于底层加筋软土,其地基极限承载力提高幅度约为10.32%,对于铺设3层土工织物的软土,其地基极限承载力提高幅度约为84%;考虑筋材受拉产生的垂直向上的拉力对减小基底附加应力的有利作用,同时考虑筋材受拉产生的水平拉力均化地基表面附加应力,从而减小不均匀沉降的有利影响,双层土工织物加筋地基沉降较无筋地基减小幅度为59.6%。本文提出的拟黏聚力分析模型舍弃了加筋路堤仅考虑筋材抗滑力矩的常规稳定分析方法,将筋材加固作用转化为加筋土体抗剪强度的提高,能够充分反映加筋路堤的实际工作状态,算例表明,边坡稳定安全系数比不考虑拟黏聚力时提高53.36%。

基于非线性Mohr-Coulomb强度准则下锚索极限抗拔力研究

根据预应力锚索破裂面的形状参数方程、非线性Mohr-Coulomb强度准则和极限平衡原理,推导出一个能够考虑锚索破裂面形状、岩土体种类、抗拉强度以及围岩压力和灌浆压力等因素的预应力锚索极限抗拔承载力计算公式。理论计算结果和算例分析表明了该理论及其求解方法的有效性和可靠性。