深部隧硐锚杆支护结构系统中锚杆受力研究

依据柏格斯(Burgers)模型,对深部围岩隧硐进行了应力与位移场的解析分析研究,建立了柏格斯模型下隧硐围岩的位移方程、应力方程;基于载荷传递机理,建立了锚杆受力的微分方程,通过求解锚杆受力的微分方程得到了锚杆与围岩相互作用下的轴向载荷分布函数。然后对锚杆的轴向受力与摩阻力进行了计算分析,通过结果分析得出:粘弹性围岩中的应力分布与时间无关;隧硐围岩中任一点的位移随时间而增长,同时,随着时间将趋向于一定值;锚杆的受力符合中性点理论。同时,通过分析深部围岩隧硐发生破坏的原因,建立支护结构与围岩共同作用的特性曲线,提出了一种符合NATM核心思想的,能够科学确定支护结构最佳架设或安装施工时间的新思路。

恒刚度边界下加锚节理岩体剪切行为宏细观研究

为探究深部地下工程中加锚节理岩体的剪切特性,本文开展了恒刚度边界条件下加锚节理岩体的直剪试验,探究了不同节理面粗糙度、法向刚度和初始法向应力对加锚节理岩体剪切力学特性的影响,并结合PFC数值模拟,分析了不同锚杆弹性模量影响下锚固体系的宏观力学特性和细观裂纹变化特征.结果表明:节理面粗糙度对剪切强度影响显著,粗糙度越大,剪切强度越高;锚杆可提高试样的整体抗剪强度,但法向刚度和初始法向应力对锚杆的锚固效果有不同的影响,存在最优范围;试件内部裂纹以张拉裂纹为主,随着锚杆弹性模量的增加,锚固体的峰值剪切强度和内部裂纹数量都呈现增加趋势,但增加速率在变小;锚杆内部剪切应力曲线和轴向应力曲线变化相似,与锚杆弹性模量有明显关系,弹性模量越大,应力增长越剧烈,达到屈服强度后增加变得十分缓慢.

深基坑复合型支护结构优化

为研究土岩二元地层区域下深基坑复合型支护结构的支护效果以及最优桩间距问题,以大连地铁5号线虎滩公园站深基坑工程为研究对象,通过Midas GTS软件建立该基坑的数值模型,对比复合型支护结构与“混凝土排桩+内支撑”支护结构下结构内力与变形和基坑周边深层土位移,讨论复合型支护结构在不同桩间距下支护桩的变形及受力。研究结果表明:复合型支护结构能有效减小灌注桩的水平位移与弯矩;基坑竖向位移随开挖深度的增加而增加,复合型支护结构下基坑竖向位移更为连贯且位移较小;随着桩间距的增大,灌注桩和钢管桩的水平位移并不以固定的比例增大,在桩间距为2.6 m时,灌注桩和钢管桩桩身水平位移相对变化量较小、弯矩最小。

深埋隧洞围岩及其支护结构内力与变形监测结果分析与研究

锚网支护是巷道支护主要结构形式,不同工况采用的支护结构不同。为了验证新型支护结构系统的支护效果,以现场工业试验为研究背景,通过对新型支护结构系统支护巷道的现场监测,重点对围岩的表面位移、锚杆受力状态、围岩深部变形等参数进行监测。通过对监测结果的分析,得到了以下结论:新型支护结构是一种柔性支护结构,能够与巷道围岩协调变形,并能保持足够的工作载荷且有部分余量,在设计允许范围内支护结构整体工作状态良好;通过对巷道深部位移、巷道表面位移、锚杆离层观测等参数的分析,得出锚固后的围岩体变形可以采用半对数函数进行拟合,同时,锚固后的围岩体在适度变形后整体变形量趋近于稳定状态,充分说明新型支护结构系统能有效改善围岩的变形,有效地提高了围岩的稳定性。

深埋隧洞让压支护结构的锚固机理探究

为研究层状岩性下深埋隧洞让压支护结构对围岩分区破裂的影响及其锚固机理,文章开展了高应力条件下深埋隧洞三维相似物理模型试验。选取3∶3和4∶3两种配比的相似材料分层铺设夯实,对4种支护结构形式(刚性衬砌支护、刚性衬砌+让压锚杆支护、柔性衬砌支护和柔性衬砌+让压锚杆支护)进行对比研究。应力试验结果表明,采用刚性衬砌与柔性衬砌支护时,隧洞拱顶、拱肩和侧墙应力均出现波峰与波谷的波浪变化,围岩依然存在分区破裂趋势。而刚性衬砌+让压锚杆组合支护下应力波浪变化趋势减弱,表明支护结构抑制了围岩分区破裂趋势。让压锚杆应变监测结果表明,刚性衬砌和柔性衬砌拱顶位置,让压锚杆均出现了拉压应变交替变化规律,而柔性衬砌支护时隧洞拱肩与侧墙位置让压锚杆只出现拉应变现象。刚性衬砌+让压锚杆的新型让压组合支护结构对抑制深埋隧洞围岩分区破裂有重要意义。

大连地铁盾构开挖地层移动规律的模型试验研究

以大连市地铁2号线202标段工程为研究对象,通过相似材料模型试验绘制不同地层随时间沉降曲线,即同一时刻不同地层沉降槽曲线和不同地层水平位移曲线,得到盾构隧道施工地层移动规律。试验结果表明,不同地层各测点的垂直位移随时间的变化可用以时间为自变量的负指数函数表示;先行隧道施工对地层产生扰动,引起地层软化,导致两条隧道之间地表沉降明显叠加,沉降较大;隧道开挖时,若存在地下结构或管线,其将受到附加剪切作用,易出现裂缝,在施工中必须做好切实可行的防护措施。

煤层开采过程中覆岩移动规律的UDEC数值模拟

为研究煤层开采过程中覆岩移动规律.通过UDEC软件建立背景工程的数值计算模型,分析煤层开采过程中覆岩运动规律和裂隙演化的时空特征.通过计算得出以下结论:1煤层开采对顶板岩层位移发展影响明显,上覆岩梁的应力成拱形分布,致使上覆岩梁内产生裂隙扩展,岩梁断裂,并呈梯形分布;2随着工作面推进过程,采空区空间持续增大,上覆岩层裂隙持续贯通,顶板岩梁断裂坍塌充填采空区.随着工作过程中,岩层之间开始发生离层,离层次序是自下而上,离层主要发生在强度不同的层间面上;3采场上覆岩层裂隙带高度随工作面的推进不断发展,针对不同地质条件,但当工作面推进一定距离时,裂隙带高度基本不变.同时,在裂隙带变化过程中可以采用指数曲线进行拟合.但指数拟合曲线仅仅模拟的是裂隙带整体变化趋势,不能完全通过拟合曲线得出不同工作断面裂隙带的高度.

《工程岩体分级标准》在深部巷道围岩分级中的应用及分析

通过对新旧国标GB 50218—94、GB/T 50218—2014《工程岩体分级标准》相关内容的对比分析,指出了新国标的改进。在国标GB/T 50218—2014《工程岩体分级标准》岩体质量分级的基础上,提出了岩体基本质量指标BQ的简化计算方法,并绘制了岩体基本质量指标与岩石完整程度系数之间的关系,并建立了BQ与R_c、K_v之间的关系表,通过图表结合可以较快地确定岩体基本质量等级。结论可为地下工程稳定性分析提供参考。

深基坑预应力锚索支护监测数据分析与研究

为深入研究基坑支护预应力锚索的锚固机理和锚固效果,根据预应力锚索弹性状态下的变形,建立了预应力锚索弹性状态下的变形解析力学模型。按照国家规范对大连奥海大厦1号楼深基坑支护预应力锚索进行了试验检测,对预应力锚索锚固效果进行了评定。在此基础上,通过模型计算结果和实测结果的对比,验证了计算模型的正确性。

深埋分区破裂隧道锚杆支护力学机制

为深入研究深埋分区破裂隧道锚杆支护的力学机制,首先通过对实际工程测试结果和模型试验测试结果进行对比分析,得出分区破裂现象的产生主要是由于深埋隧洞在较大轴向应力作用下,围岩应变域出现拉压交替所致,而锚杆支护可有效降低围岩的此破坏现象;在此基础上,通过建立锚杆与围岩相互作用力学模型,得到了锚杆轴向应力和界面摩阻力的分布特征:即锚杆的轴向应力在劈裂环达到峰值,沿锚杆走向形成多个峰值;锚杆界面摩阻力则会在锚杆锚头一定范围内形成拉应力,在锚杆杆尾一定范围形成压应力.因此,锚杆支护的支护机理为锚杆锚头在围岩深部压力(压应变)区域与围岩的相互作用呈现嵌入与咬合的锁定作用,锚杆杆尾与围岩的相互作用则呈现悬吊作用,由此锚杆与支护围岩形成一个比较稳定的自承拱,起到支撑作用.自承拱的出现,使锚杆和岩体受到了挤压作用.因此。

砂岩单向压缩条件下的变形特性及破坏模式研究

以晋华宫煤矿某巷道顶板砂岩为研究对象,利用MTS815.03型岩石材料试验机对试样进行单轴压缩试验。分析和研究了砂岩在单向抗压荷载作用下的变形特性和破坏模式,得到以下结论:1岩石试样在单向压缩条件下的破坏模式主要有劈裂模式、剪(主)+拉(次)模式、劈+剪共存等三种模式。具体表现为单裂纹劈裂贯通、多裂纹劈裂贯通以及剪切破坏等;2根据能量耗散理论,提出了单向压缩条件下试样破坏模式与耗散能之间的关系,认为试样破裂模式与试样破裂前后的能量指标关系不大,而与试样破裂前后的耗散能比值有直接的关系,比值越小,试样破裂的块体越小,比值越大,试样破裂的块体越大。

隧道施工对临近平行地下管线安全性影响

针对目前城市地铁施工中造成既有管线的破坏问题,采用数值计算的方法,深入研究隧洞开挖施工导致的地层变化引起的输水管线不同方向的位移、轴向和切向载荷,以及弯矩和扭矩的变化.研究结果表明:隧道开挖施工引起的输水管线的竖向垂直位移和水平位移可以采用高斯曲线拟合,但管线轴向位移变化则具有双峰特征.对于输水管线的轴向载荷和剪切荷载存在较大差异,可以采用不同函数进行拟合.输水管线所受弯矩和扭矩则具有互补性,对管线的安全运行影响较大.

地铁施工中地下管线不同因素对其安全性影响

针对城市地铁施工中既有输水管线多次发生的破坏问题,采用数值计算方法,深入分析和研究了管线埋深、管径、以及弹性模量等不同因素对其安全性的影响.研究结果表明:管线弹模对管线的安全性的影响较弱;对管线安全性影响较大的因素则为管线的埋深和管径的变化.管径的变化对管线的位移变化影响较小,对管线的受力情况影响较大;管线埋深的改变则对管线的位移、受力等均有较大的影响.因此,就提高管线的安全性而言,可以从改变管线的埋深和管径的大小等角度出发,提出有效的措施,以此改善和提高管线运营的安全性.

锚杆应力与影响参数之间的关系研究

为了研究锚杆承载力与其影响因素之间的关系,在一定的假设条件下,对常规拉拔实验物理模型建立了其相应的力学模型,并推导出锚杆的应力应变函数。然后,根据相应的试验结果,深入分析了相应的影响因素:锚固体材料结构参数、注浆体材料力学特性参数对锚杆承载力的影响,在此基础上推导了考虑上述因素的锚杆摩阻力和承载力的计算公式以及其他的一系列结论。

非饱和膨胀岩土的膨胀力特征研究

膨胀力是体现膨胀岩土工程特性的一个非常重要的参数,也是研究膨胀岩土抗剪强度理论的一个重要的思路。通过对多个试验结果的分析,深入研究了初始吸水率、干密度以及时间对膨胀力的影响。通过不同计算结果与试验数据的对比分析,得到膨胀力随初始吸水率的增大而减小,可以用指数函数关系进行拟合;膨胀力随干密度的增加而增大,同样可以采用指数函数进行拟合;膨胀力与时间之间可以用分段指数函数进行拟合;膨胀力与初始含水率、干密度以及时间之间的关系,提出了一个考虑初始含水率、干密度以及时间3个参数的膨胀力的计算公式,为进一步研究膨胀岩土的抗剪强度理论奠定了一定的理论基础。

深埋隧硐模型试验相似材料配比的多元回归分析

为研究深埋岩体相似材料影响因素的显著性,以确定相似材料配比的多元回归方程,采取正交试验方法,选取传统相似材料配比方案中砂胶比(A)、胶结材料石灰含量(B)、胶结材料石膏含量(C)和云母含量(D)为试验因素,同时设置空列为误差列以考虑试验误差的影响,通过单轴抗压和直剪试验等物理试验得到试件的内摩擦角、抗压强度、抗拉强度和粘聚力等物理力学指标,通过极差法求出各因素各水平均值极差,通过分析得出影响规律,即随着试验因素胶结材料(B)的石灰含量增大,相似材料内摩擦角、粘聚力、抗拉强度和抗压强度显著增大,而随着因素砂胶比(A)的减少,相似材料密度与内摩擦角显著减小。通过方差法将各因素影响参数大小进行量化,获得了各因素影响参数贡献率,其中,试验因素胶结材料中的石灰含量(B)对试件内摩擦角、抗拉强度、抗压强度和粘聚力影响贡献率最大,依次为59.1%、53.7%、53.4%和48.3%,表明试验因素胶结材料中的石灰含量(B)对试件内摩擦角、抗拉强度、抗压强度和粘聚力起到主要控制作用,而试验因素砂胶比(A)对试件的密度和粘聚力影响贡献率最大,依次为77.4%和42.0%,表明试验因素砂胶比(A)对试件的密度和粘聚力起到显著控制作用。最后根据各因素对相似材料力学参数影响的贡献率,选取具有显著控制作用的影响因素进行多元回归分析,得到了可用于试验配比的多元回归方程。

大连地铁盾构施工穿越桥梁桩基监测分析及加固方法

以大连地铁202标段促进路到春光街地下隧道穿越华北路高架桥桩基础为背景,通过60d的穿越施工监测,利用现场实测数据分析了盾构施工对地面沉降、高架桥的变形影响。分析结果表明,隧道轴线监测点变化趋势都是先微微隆起,这是由于盾构机向前推进时对土体的挤压造成的,再逐渐沉降,最终趋于稳定;地表隧道中心线处沉降值及沉降速度大于中心线两侧地表沉降量及沉降速度;桥墩沉降位移随着掘进的不断推进沉降不断增大,最大沉降值为9mm并趋于稳定;拱顶沉降速度随着开挖的不断进行而逐渐增加,由于二期支护的施工,其沉降速度逐渐降低并趋于0,此时沉降达到最大值。针对沉降量过大问题,提出了增设二次支护,注浆加固等措施。本研究可为大连地区类似工程的建设提供有益借鉴和参考。