优化与非优化复合锚固结构抗爆性能对比试验研究

优化复合锚固结构与非优化复合锚固结构均由土钉和在土钉端部设置的一定长度的经特殊处理的空孔段群即弱化孔群组成,二者的惟一差异是弱化孔长度不同,前者是优化的,后者是据经验确定的。为比较二者的抗爆性能,进行了对比试验研究。试验结果表明,非优化复合锚固结构的拱顶动应变峰值是优化复合锚固结构的2.1倍以上,非优化复合锚固结构的质点加速度峰值是优化复合锚固结构的2倍（拱顶）～5倍（底板）,并与宏观结果相吻合,优化复合锚固结构的临界破坏抗力是非优化者的2.1倍以上,极限破坏条件下,拱顶下凸大变形尺度和面层脱落范围,优化复合锚固结构仅为非优化复合锚固结构的25%和33%。     

新型锚固类结构抗爆性能数值分析

采用LS-DYNA有限元软件,对分别使用单一锚固结构和新型复合锚固类结构加固的洞室在抗爆炸荷载作用下的性能进行了数值模拟。分析了在爆炸条件下应力波传播及爆坑形成过程、爆炸近区围岩中的压力波和复合锚固结构构造措施断裂缝形成过程,与试验结果的可靠性相互验证,并对其作用机理得出一些初步认识。结果表明：两个模型的计算爆坑大小与试验结果基本吻合;复合锚固构造措施段使得锚固区外的介质内出现了局部自由面,当爆炸应力波经过自由面时产生反射拉伸波在此处产生了裂缝;复合锚固结构洞室拱顶垂直向振动加速度峰值比单一锚固结构洞室的约小23.7 %;单一锚固结构洞室比复合锚固结构洞室更容易出现结构性的冲切破坏和拉伸剥落破坏。     

新型复合锚固结构抗爆优化设计数值模拟分析

新型复合锚固结构是指“锚杆-构造措施”型复合锚固结构,用于洞室的加固支护。“构造措施”是指在锚杆里端规律设置一段表面经过处理的空孔。这段空孔对周围介质起弱化作用,因而称为“弱化孔”。新型复合锚固结构优化设计因素包括：①弱化孔直径d;②弱化孔密度;③弱化孔长度l;④锚固区厚度t。利用LS-DYNA程序依次对4个因素的优化设计进行了数值计算分析,得出：弱化孔直径的优化设计值为 1.0 cm;弱化孔密度的优化设计为沿环向布设24个弱化孔;弱化孔长度的优化设计值是 25 cm;锚固区厚度的优化设计值是 25 cm（或锚固区厚度与弱化孔长度的比值为1）。     

整体锚固结构的变形适应性分析

运用相似模拟实验对回采巷道整体锚固结构适应围岩大变形的力学机理进行了探讨,结果表明,与普通支护结构不同,支护过程中整体锚固结构中的锚杆并不需要发生与围岩相当的变形量,因此,整体锚固结构对回采巷道围岩的大变形特征具有较强的适应性;随着围岩变形的增加,锚固结构的稳定性表现出较强的阶段性特征.     

大松动圈围岩锚网索联合支护参数确定方法探讨

对大松动圈围岩巷道,单一锚杆支护难以实现对整个破裂区围岩的锚固控制,采用锚网索联合支护时,应考虑锚杆支护对联合支护设计的作用。通过分析大松动圈围岩锚杆锚固支护机制,提出量化锚杆支护作用的锚固承载系数,形成锚网索联合支护参数量化计算方法。研究结果表明：锚杆锚固支护后将大松动圈围岩分为浅层锚固区和深层破裂区,浅层锚固区具有一定承载能力,可视作锚索的等效托盘;在锚网索联合支护中,浅层锚固区承载结构稳定的条件是锚固结构承载力大于环向轴力且能够有效控制破裂区围岩;锚固承载系数大小主要取决于浅层锚固区与破裂区和锚杆预紧力与设计锚固力的关系,对于大松动圈围岩其取值范围为0.45～0.75。经现场试验可知,巷道顶底板移近量为273 mm,两帮移近量为393 mm,表面位移曲线趋于平稳,采用该方法得到的锚网索支护参数有效保证了巷道的正常使用。     

土钉支护结构优化的改进遗传进化-复合形算法

对于土钉支护结构优化这样一个二重优化问题，采用改进遗传进化算法调整土钉设计参数，并利用复合形法搜索支护结构的临界滑面，从而得出保证工程安全可靠且造价最低的最优设计方案。     

土钉与复合土钉支护结构数值模拟对比分析

近几年来,复合土钉支护结构广泛应用于深基坑支护中。本文对一工程实例用SnEpFem土钉墙有限元数值分析软件,对土钉和预应力锚杆+土钉、微型桩+土钉、微型桩+预应力锚杆+土钉3种复合土钉支护结构的工作机制进行数值模拟,对比分析4种支护结构的坡面水平位移、坡顶沉降和沉降范围、坑底隆起、张拉区和塑性区范围等特点,发现:(1)与单纯土钉支护相比,复合土钉支护可以有效控制边坡变形,缩小边坡张拉区和塑性区范围,对提高边坡的稳定有利。(2)设置微型桩对坡面水平位移的控制比施加预应力的效果更好。(3)设置微型桩可以有效控制坡顶沉降,而施加预应力对坡顶沉降的影响很小。(4)4种支护结构对坑底隆起的影响趋势是一致的,量值变化很小。经过对比分析,在这一工程地质和水文地质条件下,最可靠的复合土钉支护结构是微型桩+预应力锚杆+土钉支护结构,该支护结构的变形、沉降以及张拉区和塑性区范围都是最小的,是最优的设计结构。     

岩石边坡锚固支护的结构形式及应用

近些年来,对于边坡的支护处理,设计者一改传统的砌体挡土墙结构形式,将矿山井巷、隧洞或洞室等地下工程的锚固支护技术,扩展应用到对地面上临空岩石边坡的加固支护处理。这类工程技术的特点主要表现在：支护结构占地面积少,结构的最大厚度未超过１ｍ;安全性高,抗震能力强,达到永久性支护;支护的岩石高度由数米至数十米,施工多不受场地的限制,施工机械化程度高,周期短,见效快,施工质量易于保证;结构形式多样,外形美观;工程造价较低。因此,锚固支护技术是建设单位和设计人员广泛采用的方案。近年来,我院承担的边坡治理工程…     

复合土钉墙支护模型及在深大基坑工程中的应用

土钉墙是用于基坑开挖和边坡稳定的一种挡土结构,将土钉与预应力锚杆结合形成复合土钉墙结构。根据土钉、预应力锚杆和土体的联合作用机理,提出钉-锚-土联合作用模型模拟复合土钉墙的支护锚固效应。将该力学模型用于指导设计一深大基坑支护工程,使基坑支护设计方案得到显著优化,确保了基坑开挖稳定和周边环境的安全,基坑支护获得圆满成功。     

基于界面滑移脱黏的锚杆合理锚固长度研究

为确定煤巷不同围岩条件下锚杆的合理锚固长度,基于锚固剂-围岩界面滑移脱黏失效模式,推导出弹性阶段锚杆极限承载力、界面剪应力分布计算公式。在分析锚固剂-围岩界面发生滑移脱黏发生条件基础上,提出既安全经济,又能充分发挥围岩可锚性和锚杆材质性能的锚杆合理锚固长度确定原则,分析了合理锚固长度的影响因素和设计流程。研究表明,锚杆弹性极限承载力主要受锚固剂-围岩界面抗剪强度[τ]影响,界面剪切刚度K_1是临界锚固长度的关键控制因素。短锚拉拔试验测取的不同围岩条件下界面参数[τ]、K_1,可为锚杆设计载荷、合理锚固长度设计提供指导。算例分析结果表明,基于锚固剂-围岩界面滑移脱黏设计的锚杆锚固长度与目前煤巷锚杆采用的锚固长度基本一致,验证了锚杆合理锚固长度计算方法与设计流程的可行性。     

基于ANSYS/LS-DYNA的岩石爆破结构数值模拟分析

等离子爆破技术是一种新型爆破技术,其爆破孔的设计对整个爆破效果及爆破效率起着决定性的作用。本文基于ANSYS/LS-DYNA建立了爆破孔的有限元模型,并对爆炸荷载作用下掏槽孔孔壁压力及其破碎区进行了数值模拟。研究结果表明,爆破时畸变能的变化自始至终都基本呈椭圆形,孔径越小,积累的能量越大,对岩体破坏越大;孔深长度越短,能量积聚空间越小,爆破对岩体造成的破坏越大;孔深长度的改变对下部岩体影响较小,对中部岩体影响较大。此外由于爆炸实验多为破坏性实验,很难进行原型试验,因此使用数值模拟方法研究爆破孔的结构是可行的,可以作为实际工程的参考。     

基于Mindlin解的压力型锚杆锚固段的受力分析

假设锚杆为与周围介质相同的材料,视锚杆作用的岩土体为弹性半空间位移体;基于Mindlin位移解,求出集中力作用下周围岩土体沿锚固体的轴向位移;根据压力型锚杆锚固段的受力状态,计算锚固体在轴向荷载作用下压缩变形,利用锚固体与周围岩土体变形协调假定,推导出锚固段轴向应力和剪应力分布的理论解。经过与已有现场试验实测数据对比分析,验证了理论解的可行性,并在此基础上讨论了相关岩土参数对锚固段轴向应力和剪应力的影响。锚杆现场试验和理论分析结果表明:压力型锚杆的锚固段所受轴向应力和剪应力与锚固力成正比;压力型锚杆的锚固段所受剪应力的分布形式受周围岩土体弹模、泊松比以及锚固体与周围岩土体界面的内摩擦角等因素的影响。其中周围岩土体的弹模影响最大。     

大型锚碇基础围护工程冻结帷幕力学性态研究

冻结围护是利用人工制冷技术,使地层中的水结冰,将天然土层变成冻土作为围护挡土止水的新技术。依据冻结基本原理,在大型锚碇深基础中采用排桩内支撑结构并结合冻结帷幕止水是一种新的基坑围护形式,含水土层冻结后形成的冻结帷幕具有良好的封水性能,冻土墙刚度和强度较原土层有很大的提高且质量易于控制。相对于常规围护工程,冻结围护结构的冻胀力学特性复杂且研究资料贫乏,因此,其力学性状的研究将进一步完善冻结围护技术理论,保障基础工程顺利安全进行。通过对锚碇基础围护工程冻结帷幕温度场-应力场耦合的三维非线性数值模拟分析研究,得到冻结围护工程中冻结帷幕的冻胀力学性状特征,结合大型锚碇基础冻结围护工程实例的现场测试成果分析,验证数值模拟分析方法结果的合理性以及冻结围护技术的可靠性,研究成果将为今后冻结围护技术的工程推广应用提供理论基础。     

预应力锚索锚固力损失与岩土体蠕变耦合效应研究

因预应力锚索锚固力损失而导致锚固失效的工程事故屡屡发生,锚索锚固力损失与岩土体蠕变之间存在复杂的耦合效应关系,建立二者之间的耦合效应模型,确立二者之间的计算关系式,为预应力锚固工程的设计、施工、安全运行管理以及锚固力损失的控制与补偿技术提供理论基础和技术手段。通过理论分析和模型研究,在岩土体常用流变模型基础上建立了基于应变相等的耦合效应计算模型,并进行了模型验证。研究结论：（1）建立了与工程实际相符合的锚索锚固力变化和岩土体蠕变的耦合效应计算模型,正确反映了预应力锚索锚固力损失和岩土体蠕变之间的关系,推导出了其本构方程、松弛方程和蠕变方程,从理论上解决了锚固力变化与岩土体蠕变之间的计算关系。（2）通过耦合效应计算模型的蠕变方程,在材料参数已知的情况下,可以计算出边坡蠕变影响引起的锚索锚固力损失量,并结合实际工程中监测到的锚索应力数据进行对比分析,就能够准确地了解、评价锚索锚固力的异常变化情况,指导实际工程中的设计和施工,保证工程建设过程中的安全性。（3）通过耦合效应计算模型的松弛方程,可以对预应力锚索受力状态的监测数据进行分析整理,通过对锚索锚固力损失量的数据进行反分析,分析岩土体的蠕变参数,根据蠕变介质的材料特性,计算岩土体蠕变量,根据蠕变量判断预应力锚索锚固工程的安全性和可靠性,指导锚固工程的安全运行管理。     

锚杆多种失效模式与双滑块边坡锚固系统可靠性分析

考虑锚杆拉杆拉断、拉杆从注浆体中拔出、锚固段注浆体从岩体中拔出、外锚头破坏以及垫墩底岩体的压坏等失效模式,利用系统可靠性原理和极限平衡分析方法,建立了双滑块边坡多锚杆锚固系统可靠性分析模型。基于蒙特卡罗随机抽样原理提出了该类边坡锚固系统破坏概率的直接求解方法。最后结合算例,分别基于中值安全系数和破坏概率指标分析了各计算参数对计算结果的影响,并讨论了锚杆锚固角和被动滑块可能滑裂面倾角对锚固系统稳定性的影响。     

悬索桥重力式锚碇结构变位规律研究

采用室内相似模型试验和数值模拟方法,对某悬索桥重力式锚碇变位问题进行了研究。相似模型的几何相似常数为1:100,体积力相似常数为1:1.325。数值模拟取相似模型试验条件,土体服从摩尔-库仑准则,锚碇和围护结构视作弹性体,选用模型试验相似材料实际参数。研究表明,软土中锚碇结构的变位随锚拉力变化的规律为：在锚拉力作用下,锚碇不仅向前水平位移,而且产生前端下沉、后端隆起的刚体转动,变位随锚拉力的增加呈非线性增大。锚碇基础下部地基加固、锚碇基坑围护结构以及锚碇周围土体对提高锚碇稳定性具有积极作用。     

岩土预应力锚固结构服役寿命研究

岩土预应力锚固技术在交通、水利和建筑工程中得到了广泛应用,但工程实践表明,预应力索（杆）体由于使用环境和条件的特殊性,如长期埋置于潮湿的环境中和承受张拉作用力,存在着失效破坏现象。在相关研究的基础上,通过对比分析影响预应力锚固结构服役寿命的主要因素,确定杆体材料应力腐蚀是决定正常使用条件下预应力锚固结构服役寿命的根本因素。在利用流变力学理论和实际监测数据建立预应力长期变化模型、依据室内快速腐蚀试验和现场腐蚀监测数据建立杆体材料应力腐蚀发展模型基础上,以杆体材料变化的极限承载能力为判据,提出岩土预应力锚固结构服役寿命预测方法,可为岩土预应力锚固结构失效风险预防和处置提供指导作用。将研究成果应用于工程实践,预测了实际工程的服役寿命。