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。     

三峡库区危岩稳定性断裂力学计算方法

危岩崩塌实际是危岩主控结构面断裂扩展问题。基于主控结构面的断裂力学模型提出了危岩断裂稳定性判定方法,建立了以联合应力强度因子为指标的危岩稳定系数,推导得出危岩主控结构面尖端受力分布形式及计算表达式,提出了危岩主控结构面尖端断裂力学模型,推导得出主控结构面尖端联合应力强度因子计算公式。重庆万州首立山危岩断裂稳定性计算结果表明,计算结果与现场情况较吻合,采用文中的断裂稳定性计算方法比现有的地质灾害防治工程设计规范更加安全、客观、实际。     

深基坑桩锚与土钉墙联合支护的数值模拟

目前工程界桩锚与土钉墙联合支护设计采用的是土钉墙与桩锚分开单独设计的思路。根据单独设计思路和桩锚与土钉墙联合支护基坑工程实际情况分别建立单独土钉墙数值模拟、单独桩锚数值模拟与联合支护数值模拟模型。通过不同设计方法的数值模拟与对比分析,得到以下结论:联合支护数值模拟同时考虑了上部土钉墙与下部桩锚支护结构,模拟过程与实际施工过程相符,结果较为合理;与联合支护模拟结果相比,单独土钉墙模拟得到的土钉内力,坡顶水平位移、坡顶沉降均较小,以此为设计依据使土钉墙偏于不安全;单独桩锚模拟与联合支护模拟相比则高估了锚杆拉力、桩顶沉降、桩身最大弯矩,使设计有些保守。     

分段锚预应力锚杆加固围岩力学分析

基于端锚锚杆支护的优越性和围岩破坏分区及破坏深度逐步向深部发展的规律,针对煤矿深部巷道采用加长或全长锚固锚杆支护时,锚杆的锚固段整体受力不均,抗剪切承载能力低,而端锚锚杆无法适应其大变形缺点的问题,建立了两段锚预应力锚杆支护模型。运用理论计算和数值模拟的手段研究了两段锚预应力锚杆锚固段的受力特征和承载能力,并进行了算例对比分析。结果表明:两段锚分区锚固的支护方式明显改变了加长或全长锚固锚杆锚固段的剪应力曲线变化趋势,使原本呈负指数变化趋势的剪应力曲线变得平缓,提高了锚杆锚固段的剪切承载能力;在相同预紧力作用下,与端锚锚杆相比,明显降低了锚杆锚固段的荷载和剪切应力;在不同预紧力下,两段锚预应力锚杆的两锚固段可分别起到围岩不同变形时期端锚锚杆的支护作用,继续发挥端锚支护的优越性。     

北京某深基坑桩锚支护结构监测及分析

采用桩锚支护结构对北京某深基坑进行支护,在施工过程中进行桩顶位移、地表沉降、锚索轴力监测,并对监测数据分析。结果表明：桩锚支护体系能有效地控制基坑水平位移和周边地表沉降,并且桩顶水平位移变化、沉降变化是比较有规律的。锚索预应力损失值较大,在30％～50％之间,在开挖过程中变化范围在15％以内;第一道锚索在控制位移和沉降发挥着关键的作用,第三道锚索是控制桩身最大弯矩的关键。结合实测值与理论计算值产生差异的原因,对以后类似桩锚支护结构的设计提出了建议。     

岩腔后退近水平砂-泥岩互层危岩稳定性研究

岩腔后退是三峡库区重庆段近水平砂-泥岩危岩稳定性改变的关键。基于岩腔平行后退理论,提出了岩腔泥岩后退的剪切破坏和拉破坏力学机制,考虑岩腔后退参数提出了3类危岩体稳定性计算方法,结合重庆万州太白岩危岩稳定性计算得到如下结论:采用本文方法计算得出滑塌式危岩W12、倾倒式危岩W22、坠落式危岩W4处于稳定状态,倾倒式危岩W59处于欠稳定状态,而坠落式危岩W16处于基本稳定状态,这与2008~2013年现场监测情况相吻合。针对滑塌式危岩W12讨论得出,最小主应力随时间呈线性降低趋势,随着最小主应力持续降低,泥岩先产生剪切破坏后发生拉破坏,泥岩破裂角随着最小主应力降低不断降低;随着岩腔深度加大,稳定系数呈凹曲线降低趋势,岩腔后退是危岩失稳的根本原因;存在一临界岩腔深度,此岩腔深度下危岩将发生失稳破坏,并可据此预测危岩失稳时间。     

不同围岩条件下锚杆肋间距与锚固力优化研究

为研究不同围岩条件下锚杆肋间距与锚固性能的关系,基于厚壁理论,对肋间距分别为12、24、36、48 mm的左旋螺纹钢锚杆锚固试件在套筒壁厚4.5 mm和6.0 mm条件下进行拉拔试验,通过测试拉拔力、拉拔力大于100 kN的位移量、套筒周向应变、耗能值等参数,探讨了不同围岩条件下锚杆肋间距与锚固性能的关系。试验结果表明:在不同的套筒中,即不同围岩条件下,随着肋间距的增加,锚杆拉拔力大于100 kN的位移量、套筒周向应变、拉拔耗能值相应增大;肋间距为24 mm时,锚杆拉拔力最大,相同肋间距的锚杆在围岩强度较大的条件下拉拔力较大;壁厚为4.5 mm的套筒周向应变均大于壁厚为6.0 mm的套筒,即不同围岩条件对锚杆控制其变形能力有重要影响;在不同围岩条件下,增大肋间距均可以提高锚杆的锚固性能。     

关键块体系统锚固法在加固边坡危岩中的应用

基于Goodman-Shi的块体理论和A.R.Yarahmadi Bafghi的关键块体群理论,提出确定危岩边坡关键块体和关键块体系统的几何分析法和矢量分析法,建立边坡危岩的地质模型和力学模型,分析危岩体破坏机理,针对不同变形破坏机理的关键块体系统提出合理、安全和经济的危岩边坡加固新方法--关键块体系统锚固法（KSA法）。通过建立集丹公路K49+790 m-K55+550 m段危岩边坡的地质模型和力学模型,结合其坡体及岩体结构特征,分析边坡危岩体变形破坏机理和锚固机理,提出顶部危岩清除、碎裂结构坡面喷射混凝土、块裂结构坡面挂网和块状岩体锚固的清-喷-网-锚联合锚固的系统锚固方案,加固该段危岩体。运用该法锚固方案较传统方法节省锚杆35%、SNS网32%及腰梁19%。     

运用ANSYS对板桩墙支护模型的计算分析

运用ANSYS弹塑性有限元应用软件,对深基坑支护工程的板桩墙支护体系模型进行了分析探讨,得到了悬臂板桩墙支护模型的土体位移等值线图、主动土压力云图、墙土接触处的裂缝深度、不同土体材料的沉降影响区域半径。并求证了拉锚式支护结构的锚固力F对控制支护土体变形的有利影响。计算结果表明,ANSYS有限元程序将在深基坑支护工程的设计、施工中提供有效依据。     

土钉桩锚组合支护结构变形的数值分析研究

土钉桩锚组合支护结构型式是近年来适用于城市密集空间的基坑边坡支护工程。土钉桩锚组合支护结构型式随基坑的开挖及稳定后的变形规律尚需探讨研究,对于该组合支护体系下的支护结构及基坑变形的研究离不开具体的基坑工程案例。针对参与的北京市平谷区一万德福广场B43项目的土钉桩锚组合支护结构型式下的基坑工程,采用有限差分软件FLAC~(3D)对该基坑的1—1剖面进行模拟分析。通过FLAC~(3D)模拟分析的结果与实测的基坑测斜仪监测的深层水平位移相比较,分析得出:土钉-桩锚组合支护结构型式下,桩锚部分比上部土钉墙位移要大,桩锚部分的位移明显随着开挖的进行增大,且对桩本身而言桩的位移呈现中后段位移较大,两端位移较小的形状分布,开挖上部土钉墙部分,会发生基坑隆起现象。数值模拟的土钉桩锚支护结构型式下基坑变形与实测的支护结构变形结果相吻合。     

汶川地震中锚固岩质边坡的动力响应特征

岩质边坡的地震响应是当前岩土工程界所关注的重要问题之一。以紫坪铺工程进水口边坡为研究对象,以现场监测数据为基础,从时间和空间的角度综合分析了汶川地震前、后支护荷载和边坡位移的变化特征,并讨论了坡体形态、岩体结构以及支护荷载对地震力作用的协同影响。研究结果表明：受地震力作用影响,坡体变形和支护荷载发生突变,主要受主震影响;地震引起的支护荷载变化量在100 kN以内,未超出设计荷载的5%;边坡水平向产生的永久位移在12 mm范围内,岩体变形深度受结构面分布控制;边坡中部变形最大,沿水平方向具有明显的临空面放大效应,而沿高程方向,没有明显垂直放大效应。研究成果可加深对锚固岩体动力响应机制的认识,同时为以位移控制的边坡工程抗震设计提供参考。     

溪洛渡水电站某危岩体稳定性及加固措施研究

在现场调查分析的基础上,提出了溪洛渡水电站某危岩体的两种可能失稳模式（剪切坠落或拉裂倾倒失稳）,进而建立了相应的稳定性计算极限平衡力学模型,而且对危岩体的变形和破坏特征进行了数值模拟分析,分析结果表明,危岩体抗拉裂倾倒稳定性较差,剪切坠落失稳的稳定性系数较高。在稳定性分析的基础上,计算出危岩体倾倒失稳时,安全系数为1.5时的锚固力,进而提出了危岩体加固方案：充填凹岩腔+填充裂隙+预应力锚索＋锚杆联合加固,数值模拟表明此加固方案效果良好。     

高强大变形屈服锚索承载特性室内试验研究

传统锚索形变量有限,在边坡大变形加固中容易出现超限破坏,而高强大变形屈服锚索兼顾高吨位、大变形的要求,能适应地质条件复杂多变的边坡加固。首先基于单根屈服套室内试验,获得3种可稳定输出恒阻的屈服套,其起始屈服力分别为120,135,145 kN,屈服行程大于200 mm。试验表明,单根屈服套起始屈服力总是大于直线平稳段恒力;输出恒力与屈服界面长度呈线性关系。高强大变形锚索的屈服装置由数个挤压摩擦型屈服套组成,其起始屈服力及行程可依据设计调节。目前已自主研发了 400,500,1 000,1 500 kN级系列屈服锚索,室内张拉试验结果表明,锚索屈服行程可达200 mm,各屈服套受力均匀、位移同步。屈服锚索采用P锚作为限位装置以充分发挥钢绞线的抗拉能力。室内极限承载力试验结果表明,400,500 kN级屈服锚索极限承载力可达1 050 kN。高强大变形屈服锚索的吨位及行程具有较好的拓展性,性能优于已有屈服锚杆,可为边坡大变形加固提供一种新的解决方案。     

深部厚顶煤巷道让压型锚索箱梁支护系统布置方式对比研究

针对深部厚顶煤巷道围岩变形特点,以“先控后让再抗”为支护理念,设计了让压型锚索箱梁支护系统横梁、纵向单梁、纵向双梁及纵横组合4种不同布置方式的支护方案。数值试验结果表明,纵横组合方案具有最好的围岩控制效果,横梁方案支护效果相对较差。对让压型锚索箱梁支护系统的4种方案进行了现场试验,监测结果显示,纵横组合方案作用下的围岩变形量最小,其两帮移近量和顶板沉降量仅为120 mm和90 mm,同时该方案支护反力最大;锚杆、锚索受力与巷道围岩控制效果相对应,且锚索让压环作用明显;设计制作的测力箱梁监测表明,箱型支护梁受力合理协调,材料性能发挥充分。对让压型锚索箱梁支护系统及其不同布置方案的作用机制进行了探讨。综合分析表明,深部厚顶煤巷道中,优先选用让压型锚索箱梁支护系统中的纵横组合与纵向单梁方案,可有效地控制巷道围岩变形,满足支护要求。     

强风化软硬互层岩质高边坡监测与数值模拟

强风化软硬互层岩质高边坡属岩质边坡特殊情况,其结构面组成及性质复杂,与支护结构相互作用的复杂程度较高,相互影响较大,顺倾结构面临空等情况下破坏可能性很大。以兰永一级公路某深挖路堑边坡的治理工程为依托,对边坡支护过程中及支护结束后的锚杆应力、锚索内力、坡体位移进行了原位监测,并利用岩土分析软件PLAXIS,采用节理岩模块对该边坡工程进行了数值模拟分析。监测及模拟结果表明：该边坡由节理裂隙与岩层面形成折线形潜在滑面,且具有相同滑动可能性的潜在滑面不止一个;支护结构穿透组成滑面折线的任何折线段部分均对结构面稳定有显著影响,但支护结构穿透泥岩面对结构面的影响较穿透节理裂隙更大;支护锚索预应力变化具有一定规律,预应力变化过程对坡体位移及支护结构内力具有一定影响;坡体的主动变形对支护结构内力的影响较坡体被动变形大,结构面产生滑动趋势对坡面位移影响的敏感程度较支护结构内力影响的敏感程度低。该边坡支护稳定,支护设计合理,可为同类边坡支护设计提供相应建议。     

类土质边坡锚固特性的试验研究

利用锚索抗拔及预应力损失现场试验方法,测试了岩质边坡和类土质边坡的锚固能力及锚索预应力的损失,并计算得到了不同地层中的粘结强度,绘制出锚固体的荷载-位移曲线。试验结果表明,硬岩地层中仅须锚固2～4 m就能提供近 1 000 kN的锚固力;采用20 %～25 % 的超张拉即能达到锚索设计中锚固力的要求。同时,通过锚索的变形与刚度的分析,为类土质边坡锚固工程的设计提供了合理的刚度参数。     

辽宁海州露天矿边坡预应力锚索远程监测系统

随着海州露天矿的闭坑,岩体结构越来越弱化,围岩的支承能力越来越小,露天矿边坡处于不稳定状态,具有发生大规模滑坡的潜在危险。根据海州露天矿工程地质条件,边坡形态,稳定状态及监测目的,研发海州露天矿边坡预应力锚索远程监测系统。系统应用GPRS远距离无线传输技术远程主动监测边坡岩体内部应力变化来获取岩体变形特征和滑移信息,实现边坡锚索应力全天候连续自动监测,其采用太阳能进行供电,适用于边坡中、长期监测。通过对海州露天矿边坡监测与边坡稳定性分析的现场应用实践证明,该系统可以对边坡稳态进行实时监测,对边坡滑坡灾害防治具有重要意义。     

让压型锚索箱梁支护系统组合构件耦合性能分析及应用

对锚索梁支护及组合构件耦合支护研究现状进行了总结分析,指出锚索梁支护系统组合构件耦合支护研究的必要性和意义。以“先控后让再抗”支护理念为指导,研发出高强让压型锚索箱梁支护系统。通过层次分析法得到支护系统各构件权重值,提出了支护系统构件整体性能利用率、耦合效率和围岩控制效果3个指标,进行的13种数值试验对比方案结果表明：Ⅱ12c+? 22锚索、Ⅱ12b+? 22锚索和Ⅱ12a+? 17.8锚索方案对应的支护系统均具有较高的耦合效率;锚索型号对支护系统耦合效率具有较为显著的影响;增大预紧力有助于进一步提高构件整体利用率、耦合效率,改善围岩控制效果。设计制作了测力箱梁,选择Ⅱ12b+? 22锚索方案对应的锚索梁支护系统进行了现场试验,测站监测结果显示,支护系统在掘巷期间的整体性能利用率为54.51%,构件耦合效率达到75.61%,系统各构件达到了同步承载的效果,巷道顶板沉降量和两帮移近量分别为148 mm和180 mm,较好地控制了巷道围岩变形。     

深部破碎软岩巷道围岩稳定性分析及控制

针对深部破碎软岩巷道围岩稳定性控制难题,以邢东矿-980车场巷道为研究对象,采用现场调研、数值模拟、井下试验及现场观测等方法分析围岩变形破坏特征,揭示其破坏机制,针对性地提出了以高强锚杆密集支护、新型喷层结构护表、滞后注浆加固为主体的多层次锚喷网注联合支护系统,详细阐明了具体支护措施的围岩控制机制,并用数值方法分析了锚杆间距、喷层厚度对于围岩应力场和位移场的影响规律。研究表明：（1）随着锚杆间距减小（0.7 m→0.3 m）,锚杆承压拱和喷层结构的承载能力呈幂函数增长趋势,锚固区围岩压应力呈线性增长趋势,围岩变形量明显降低;（2）随着喷层厚度增大,喷层结构承载能力近似线性增长,锚固区围岩压应力亦呈增长趋势,各部位围岩位移量显著降低;（3）当喷层厚度达到200 mm时,非锚固区内围岩大部分处于压应力状态,拉应力区大幅减少。基于上述研究,结合现场地质、生产条件确定试验巷道围岩支护方案,并进行现场应用。工程实践表明,多层次锚喷网注联合支护技术可有效控制深井破碎软岩巷道围岩大变形,实现深井巷道围岩的稳定性控制。