深部直墙拱形巷道围岩板裂破坏的试验研究

为了研究深部直墙拱形巷道围岩板裂破坏特征,利用TRW-3000岩石真三轴电液伺服诱变试验机,对含直墙拱形贯穿巷道的立方体花岗岩试样进行了三向不等压加载试验,并借助微型摄像机实时监控围岩破坏情况。试验结果表明,花岗岩直墙拱形巷道围岩产生平行于直墙的板裂化结构,呈明显的拉伸破坏特征。随着板裂破坏沿巷道两侧围岩逐渐向深部发展,最终在围岩两侧距拱底(0.20~0.25)h(h为直墙拱形巷道的高度)处形成对称的V型槽。在相同应力条件下,与花岗岩圆形巷道破坏特征相比,直墙拱形巷道围岩初始破坏应力较高,主要表现为静态破坏,产生的岩片较大,呈细长条状,具有明显的层裂现象;而圆形巷道围岩破坏较为剧烈,属于动态破坏,产生的岩片相对较小,但是两种断面产生的岩片均表现出中间厚两边薄的特征。通过对比不同岩性直墙拱形巷道围岩破坏特征发现,花岗岩的破坏较为剧烈,红砂岩的较弱。对于千枚岩直墙拱形巷道,随着层理角度的增加,围岩的破坏模式从平行于层理面的拉伸破坏转变为平行于层理面的剪切滑移破坏,再到穿越层理面的剪切破坏,最后转化为穿越层理面的拉伸破坏。

双龙特大桥新型组合式拱座基础设计与施工

重庆巫山县双龙特大桥主桥为计算跨径245 m的中承式钢箱拱桥。双龙岸拱座位于溶隙普遍发育、溶蚀作用强烈的角砾状灰岩中,针对拱座处复杂的地质条件及受力要求,提出一种新型“墙式基础+竖桩”组合基础,墙式基础和竖桩分别承担水平推力和竖向压力,受力明确。拱座横桥向宽21.6 m,顺桥向长11 m,为钢筋混凝土重力式实体结构,采用承台群桩基础,拱座后接4 m厚背墙,背墙连接3根地梁,地梁后接墙式基础。计算结果表明:桩顶最大水平位移2.95 mm,单桩轴向受压承载力安全系数2.22,墙式基础最大主拉应力0.35 MPa,拱座基础抗推、抗压、抗裂能力强。拱座基础按地梁、墙式基础和拱座开挖→桩基开挖、浇筑→墙式基础、地梁和拱座浇筑的顺序施工,并采取注浆加固、护壁支护、桩基防水等施工防护措施,确保施工安全。

爆破振动作用下城门洞形衬砌的临界振速研究

根据应力波理论,采用复变函数方法,对爆破振动作用下城门洞形衬砌的应力和振速分布进行了研究,进而求解了入射波入射角度不同时衬砌的临界振速。首先将城门洞形衬砌映射为一个内径为1,外径大于1的圆环,再求解稳态P波作用下圆环的动态响应;计算结果表明:入射波的入射方向对于城门洞形衬砌的临界振速有较大的影响,入射角度为90°时,衬砌的临界振速最大,入射角为0°时次之,入射角为270°时最小。

煤矿巷道直墙半圆拱形波形钢腹板支架稳定承载性能

将新型波形钢腹板支架用于煤矿巷道金属支架结构中,采用试验研究和有限元数值模拟分析相结合的方法,研究波形钢腹板支架结构的稳定承载性能。设计了2榀直墙半圆拱形波形钢腹板支架的模型试验,得到支架的失稳破坏形态、应变与位移发展规律,并分析了波形钢腹板翼缘厚度变化对支架承载力的影响程度。结果表明:波形钢腹板支架破坏形态为整体非对称失稳,支架翼缘厚度由12mm增加为16mm时,即增幅为33%,支架的承载力提高27.38%,表明翼缘厚度对支架的承载性能有显著影响。试验结果与有限元分析结果吻合良好,验证了有限元模型的正确性。同时采用有限元方法对用钢量基本相同的矿用工字钢支架和波形钢腹板支架进行对比,结果表明:波形钢腹板支架承载力比矿用工字钢提高了31.68%,其变形约为矿用工字钢的4/5。通过数值模拟分析波形钢腹板支架截面各参数对支架弹性和弹塑性屈曲荷载的影响,发现腹板高度和厚度是较敏感参数;并比较了波形钢腹板支架和矿用工字钢支架分别在静水压力作用下、垂直单向应力作用下和垂向力为主的荷载作用下的支护性能,发现在相同的用钢量情况下,波形钢腹板支架具有较高的抗剪承载力,在高厚比很大的情况下不容易发生屈曲,且翼缘用钢量集中,使得截面的抗弯和轴压稳定承载力也大幅度提高,故它在各种荷载状态下的变形量均小于矿用工字钢支架,其支护效果优于矿用工字钢支架。

土-结爆炸冲击相互作用模爆试验相似设计方法

模爆试验是研究爆炸冲击荷载作用下地基动力性能、土-结爆炸冲击相互作用及埋地防护结构抗爆能力与破坏机理等的重要手段之一。模型相似设计是确保模爆试验能够尽可能真实地反映原型爆炸冲击动力性状的关键之一。以上覆饱和砂土层对浅埋地下圆拱直墙式防护隧道免遭炸弹触地爆炸触发地冲击波破坏的保护效应为研究目的,基于目前广泛应用的Bockinghamπ定理,采用量纲分析方法,并且结合考虑土-结体系非线性爆炸冲击动力响应、土-结接触面爆炸冲击动力响应以及爆炸地冲击波-结构动力相互作用等的相似性,求解土-结爆炸冲击相互作用模爆试验的模型设计相似关系。

筒形挡土墙主动土压力的离散元数值模拟

采用PFC3D颗粒流软件对筒形挡土墙主动土压力进行了数值模拟,得到了筒形挡土墙主动土压力随墙体位移的变化规律,分析了墙-土摩擦角对土压力的影响,并研究了筒形挡墙位移过程中墙周土体的应力分布,接触力变化等细观因素。结果表明:作用在筒形挡土墙上的土压力随着墙体位移的增加,土压力逐渐减小,最后趋于定值。土中环向应力随着距挡土墙距离的增大而增大,其最大值为初始环向应力的1.14倍,达到一定距离后逐渐减小并趋于初始应力值;径向应力则随着距挡土墙距离的增大而增大,但其值小于初始应力值,最后趋于初始应力值。对墙-土摩擦角的影响进行了分析,得出墙-土摩擦角增大,有利于竖向拱效应的发挥。并将本文所得数值模拟结果与现有筒形挡土墙土压力理论解进行了比较。

各国标准中塑料大棚雪荷载分布系数的比较

分析了中国、美国、欧盟和日本温室设计标准中关于塑料大棚屋面雪荷载分布系数μr的取值方法,并以我国常用的直立侧墙式和圆拱落地式塑料大棚为例,按照各标准的规定对μr进行了计算比较。分析表明,中国、美国和日本的温室设计标准均认为μr随等效坡度的增大而减小,但我国标准未考虑室内加温和非均匀分布雪荷载对μr的影响。因此,从安全角度出发,应在我国标准中补充以上因素对μr的影响。此外,在实例计算中,根据我国温室设计标准确定的μr为0的屋面面积大于其他标准,并且在雪荷载均匀分布条件下的μr小于其他标准。综合考虑μr,还受气候、地形等因素的影响,直接使用其他国家的标准替代我国标准会产生一定的误差,并且我国近年反常天气频发,根据以往降雪情况得出的μr可能已不符合实际情况。因此,需要进一步通过对塑料大棚的屋面形状及其覆雪量的综合分析来确定μr,为我国塑料大棚雪荷载的科学设计提供依据。

考虑空间拱效应的筒形墙体主动土压力

以围土为均质无黏性土的筒形挡土墙为研究对象,假定达到主动极限状态时筒形墙体周围土体形成直线型滑移面,取滑移面水平微分单元作为分析单元,考虑墙体与滑移面间形成竖向土拱和环向拱效应.根据水平微分单元的竖直向和径向的受力平衡条件,推导得到考虑墙-土摩擦角、环向应力系数和筒形墙体半径的筒形墙体主动土压力计算基本方程,并与现有理论结果及模型试验结果进行比较.结果表明:考虑空间拱效应的计算结果与模型试验结果吻合较好;土压力沿深度非线性分布,主要表现为沿深度先增大后减小的变化规律;土压力与墙-土摩擦角、墙体半径及环向应力系数有关,土压力随墙-土摩擦角及半径的增大而增大,随环向应力系数的增大而减小.

一种新的矿山破碎站成品矿仓振动助流器的研制及应用

基于中铝河南分公司下属的洛阳铝矿和巩义铝矿矿石粉粒含量高,矿石在仓内积压后很容易黏仓、起拱、卡斗,导致仓内矿石难以从漏斗口流出,给矿石装车外运带来严重影响等问题,通过现场取样,室内模拟试验,发现水的质量分数和仓壁摩擦因素对矿石流动性影响很大。以室内实验为依据,结合振动助流理论基本原理,在混凝土插入式振动器基础上,研制仓内悬垂式振动助流器,并将其振动棒直接插入仓内矿石流动性最差的死角部位,从而优化仓内矿石流动性;采用PFC2D软件进行数值模拟。研究结果表明:仓内悬垂式振动助流器对于底部和侧面放矿不仅具有很好的助流效果,而且大大降低了矿石对仓壁的动态侧压力;底部放矿现场工业试验证明该助流器在现场应用具有可行性。

地下连续墙基础竖向承载特性研究

基于地下连续墙基础现场足尺自平衡承载力测试,采用有限差分软件建立墙-土三维数值模型,探究墙体在加载过程中周围土体的位移场和应力场变化规律。数值模型验证了地连墙自平衡试验荷载位移变化规律,模拟结果发现上段墙向上移动带动周围土体位移,形成漏斗状位移场,且对上部粘性土位移影响较显著,上部墙体短边剖面位移场影响范围大于另一方向剖面;而下段墙1/3位置处出现鼓胀效应,墙底两端出现应力集中,表现出拱效应特性。建议墙端结构强度分析时可考虑拉压杆模型传力模式。

考虑土拱效应的非垂直刚性挡墙主动土压力

为研究非垂直刚性挡墙的主动土压力计算方法,根据土拱效应原理、微分水平层法以及水平向静力平衡条件,得到了平移模式下非垂直刚性挡土墙墙后填土破裂角的计算式,并进一步根据力与力矩平衡条件获得了平移模式下非垂直刚性挡土墙墙后主动土压力、合力及其作用点等的计算式。通过计算对各种特殊情况下的破裂角和主动土压力进行分析,讨论了墙背倾角、墙土摩擦角等对破裂角、法向主动土压力系数、法向主动土压力和主动土压力合力作用点高度等的影响。该研究可为非垂直墙背的支挡结构设计中的主动土压力计算提供更为合理的理论支持。

大断面双连拱隧道施工过程中不同工法的数值模拟

以张石高速公路二期工程岔道一号隧道为实例,对三导洞法和中导洞法两种施工方法进行了数值模拟,分析比较了这两种施工方法在不同施工工序下的围岩位移场、围岩竖向应力场以及中隔墙竖向应力的变化,从而得出了在相同支护条件下,采用三导洞方案进行岔道一号双连拱隧道施工时,与中导洞方案相比围岩位移值小,竖向应力和中墙所受偏压力低,因而优于中导洞方案.

西铭矿井下巷道断层破碎带围岩控制技术应用

针对井下巷道断层带顶板破碎,围岩稳定性差,易发生冒顶片帮事故的难题,本文以西铭矿48603工作面为工程背景,在现有支护方案的基础上,通过分析巷道断层带支护失效的原因,提出了采用锚网喷+U型钢支架的联合支护方案,并设计了合理的支护参数。现场验证可知,联合支护方案能够有效控制巷道围岩破碎问题。

直墙半圆拱型组合支护优化与应用实践

针对煤矿软岩大变形巷道的支护问题,提出了钢网、锚杆、锚索、喷射混凝土、可压缩U型钢、泡沫混凝土阻尼层、裂隙岩垫层组合直墙半圆拱型支护优化体系。现场监测结果表明,直墙半圆拱型(U型)钢所承受的力和围岩的位移趋势明显一致,并且20 d后,增加趋势减小,这意味着该支护系统可有效控制软岩巷道大变形。

直壁土袋围堰配合钢管砂桩支墩在拱桥主拱圈砼浇筑中的应用

贵阳市甲秀南路花溪拱桥采用扣件钢管架框体约束堰体为直壁土袋围堰,抽水后设置条形基础,条形基础预留孔洞,布设钢管砂桩,钢管砂桩顶设工字钢平台,工字钢平台上部及主拱圈拱脚部分设满堂架,作为主拱圈支架浇筑混凝土,施工较为简单。