让压锚杆在大变形隧道支护应用中试验研究

锚杆在支护大变形隧道工程时常因变形过大而发生拉断破坏,为推广可延伸性锚杆在大变形隧道中的应用,提出了恒阻挤压滑移让压锚杆,通过挤压并拉伸锚杆杆体来消耗高地应力引起的围岩形变能量,实现让压功能;通过调整挤压套的位置、握裹力,可以依据具体大变形隧道工程的围岩特性,调节让压锚杆的让压荷载、最大让压量。通过室内试验,证明了恒阻挤压滑移让压锚杆让压装置可靠性,获得了恒阻挤压滑移让压锚杆力学特性。以兰渝线毛羽山隧道为应用工程,试验结果表明：让压锚杆在大变形隧道工程中可以保证可靠的让压效果;在软弱不良大变形隧道工程中,宜采用注浆等手段以保证让压锚杆的有效支护性能;让压锚杆可以有效控制围岩变形,保证大变形隧道中围岩的收敛效果。     

爆破振动下围岩支护锚杆动力响应解析解

为了研究爆破掘进施工对巷道支护锚杆的影响,采用结构动力学理论,从理论上推导出了锚杆在爆破地震波作用下的振动规律,计算出锚杆上的位移、振速、轴力随时间的变化,研究了黏结式锚杆在爆破动荷载作用下的动力响应特征。结果表明：自由段锚杆的轴力和轴向振速呈现指数型衰减,而锚固段锚杆的轴力和轴向振速以及剪应力呈现正弦变化,整体表现为先增大后减小。锚固长度对锚杆振动效应影响较大,不同锚固长度时锚杆受力状态不同,在锚杆满足抗拉强度的前提下,可以适当减小锚固段长度。剪切刚度对锚杆的振动有一定的影响,剪切刚度越大,锚杆与锚固砂浆之间的剪应力也越大。故为了防止锚杆不发生剪切破坏,尽量选择剪切刚度较小的锚固剂材料。研究成果对掘进爆破安全技术的提高具有一定的指导意义。     

莲花隧道软弱围岩大变形预测方法适用性评价研究

评估地质条件以及开挖风险是地下空间设计和施工中的重要阶段之一。在选择合适的开挖方法和支护系统时,识别和估计岩体的变形潜在趋势非常重要。在本研究中,对萍莲高速莲花隧道中的岩体变形潜在趋势进行了研究。首先介绍了莲花隧道的工程地质环境、隧道围岩工程特性、岩体质量评价以及现场实测的隧道变形情况,然后运用经验法和半经验-半理论法预测莲花隧道变形趋势,并将预测结果与实际变形监测情况进行对比。结果表明,莲花隧道的大变形主要受松散破碎、遇水膨胀的软弱围岩和丰富的地下与地表水以及断层破碎带与构造活动的影响。对于莲花隧道而言,现行大变形预测方法普遍存在一定问题：经验法主要依据岩体质量分级结果进行变形趋势预测,具有一定的主观性,其预测结果与实际变形情况存在一定偏差;半经验-半理论方法中运用围岩强度与应力关系进行预测效果较好,但基于围岩强度应力比的Jethwa法、Hoek法与ISRM法预测结果偏保守,且针对无变形段的预测效果较差。综上所述,在工程勘察与设计阶段,应客观、细致地进行围岩质量分级、地应力量测、地下水与地质构造勘探等工作,结合经验法、半经验-半理论方法对大变形趋势和变形量值进行预测,综合研判隧洞沿线...     

有限变形应变与裂隙网络渗透系数耦合模型

根据有限变形力学理论,编制了弹性均质岩层在采矿影响下位移和应变的有限元计算程序,并根据岩层位移可改变裂隙宽度,进而引起裂隙渗透系数变化的思路,实现了有限变形应变与裂隙网络渗透系数的耦合分析,并就一个采矿引起顶板岩层裂隙渗透系数变化的模型进行了分析计算。结果表明,纵向裂隙的渗透系数增大约４倍,而在不考虑顶板岩层离层的情况下,横向裂隙的渗透系数减少约４倍。可见顶板岩层的变形对裂隙网络的渗透系数有显著的     

爆破荷载下围岩及支护锚杆动力响应特征模型试验研究

为了研究爆破荷载下围岩及支护锚杆动力响应特征,借助地下工程模型试验系统,开展了三维动态加载物理模型试验,采用电火花震源代替传统炸药,测试了爆破地震波在围岩中的传播规律和支护锚杆的动力响应特征。试验研究表明,电火花震源具有冲击荷载特性,能够很好地代替传统烈性炸药。爆破地震波的径向加速度峰值以及轴向和环向应变峰值沿洞室径向不是逐级递减,而是呈现正负交替波浪式衰减;加速度峰值沿洞室轴向基本上呈现非线性逐渐递减。加速度峰值受震源荷载幅值的影响较大,即震源荷载越大,同一测点加速度峰值越大。另外,测量了爆破荷载作用下支护锚杆的振动特性,发现对于加长锚固锚杆,自由段主要以受拉状态为主,锚固段拉压状态都存在。锚固段和自由段的最大拉应变大致相同,而锚固段的最大压应变远大于自由段,而且锚固段和自由段振动持续时间大致相同。对于全锚锚杆,锚杆既存在拉伸状态,又存在压缩状态,拉伸应变大于压缩应变。对于端锚锚杆,其受力状态主要以受拉状态为主,拉伸应变远大于压缩应变。研究结论不仅具有重要的理论意义,也能够为地下洞室支护设计提供可预见性指导。     

沉积泥砂非线性大变形固结沉降计算模型

沉积形成的水底黏性泥砂自重固结过程表现出显著非线性大变形固结特征,应采用大变形固结理论进行泥砂沉积固结计算。基于软黏土一维非线性大应变固结理论,应用有效应力、渗透系数与孔隙比间扩展幂次函数固结本构关系,由达西定律、有效应力原理、连续介质方程等建立大变形固结控制方程,根据固结单元孔隙水渗流、单元变形与泥砂沉积层固结沉降耦合关系形成黏性泥砂大变形自重固结数值模型。泥砂自重作为固结荷载,数值模型假定沉积泥砂各向同性且固结沉降应变、孔隙水渗流仅发生于竖直方向,为一维单向沉积固结过程;采用泥砂沉降柱试验确定泥砂非线性扩展幂次函数关系参数。模型应用中,划分竖向固结单元,由沉积泥砂固结本构关系确定各固结单元有效应力及超孔隙水应力,通过超孔隙水应力时间维度上的消散过程及各固结参数间的耦合关系计算泥砂固结沉降。数值模型计算结果表明,沉积黏性泥砂自重固结初期表现为有效应力调整过程,初始有效应力与孔隙比根据固结本构关系匹配调整为扩展幂次函数关系;沉积泥砂应变与应力固结度存在20%左右误差,泥砂固结沉降发展快于超孔隙水应力消散过程,证明沉积泥砂固结沉降变形的发展与超孔隙水应力消散并非同步耦合。计算模型应用于室内沉降柱试验模拟淤积黏性泥砂自重固结沉降预测中,模型输出与试验结果符合良好。     

隧道工程围岩大变形类型与机制研究

通过对国内外隧道工程在施工和运营中以及正在施工的公路隧道遇到的围岩大变形问题的分析研究,在对围岩大变形进行定义的基础上,对围岩大变形进行了类型和机制划分,对我国今后长大深埋隧道工程大变形地质灾害的预测和防治具有重要意义。     

锚杆支护的神经网络设计系统及其应用

本文简要地概括了锚杆支护设计理论存在的局限性。强调锚杆支护理论应用必须考虑地下工程的类型。为此,作者将地下工程划分为3类,指出每一类地下工程特性及其支护设计应遵循的准则,第3类采场巷道工程的锚杆支护设计应以工程类比和设计经验为主;并介绍了作者已经开发的锚杆支护神经网络设计系统。     

非饱和地质体中水-应力耦合二维有限元方法及对锚杆支护的分析

从建立应力平衡方程、水连续性方程入手,采用Galerkin方法将各控制方程分别在空间域和时间域进行离散,开发出了一个用于分析饱和-非饱和岩土介质中水-应力耦合弹塑性问题的二维有限元程序。然后就一个假定的处于渗流场中的饱和-非饱和土体使用预应力锚杆的支护效果问题进行了模拟计算。结果表明,在有地下水赋存的饱和-非饱和条件下,预应力锚杆的作用主要体现在减少了土体中的塑性区,而对位移的约束依部位而异,其对渗流场的影响不大。     

软岩巷道围岩流变大变形有限元计算方法

本文针对软岩工程中围岩流变大变形问题，以有限变形力学理论为依据，采用更新拖带坐标法编制非线性大变形有限元计算程序，对软岩巷道流变大变形问题进行了数值模拟计算。在计算中，选用了适合描述软岩流变大变形的物性方程，并考虑了锚杆和拱两种支护方式。结合表明，本文采用的理论和计算方法合理，计算程序具有精度高、收敛速度快等优点，展示了良好的应用前景。     

深部构造应力区煤巷肩角锚杆破断机制及控制

针对深部构造应力作用下煤巷“肩角锚杆破断”问题,建立肩角锚杆力学分析模型,分析煤帮沿顶板滑移对锚杆的作用,得到肩角锚杆的受力、变形特征,揭示深部构造应力区煤巷肩角锚杆破断机制,即在煤帮沿顶板的滑移剪切力作用下,杆体发生弯曲变形,且构造应力越大,弯曲变形越严重;肩角锚杆在煤岩层交界面处受到的剪力最大,而使得锚杆在交界面处易被剪断。针对深部构造应力区煤巷肩角锚杆破断问题,提出“控让耦合支护”围岩控制技术,并成功应用于工程实践。     

硬化土模型体积屈服机制及其本构积分算法研究

剪切-体积双屈服机制的硬化土（Hardening-Soil）模型能够相对准确地反映土体复杂应力路径的影响在岩土工程中已得到广泛的应用,国内的相关研究对于其体积屈服机制的理解上普遍存在着偏差,相关文献对于其内部控制参数解法的描述并不正确,无法体现该模型准确模拟单轴压缩及K0固结特性等方面的优势。笔者从对其体积屈服和硬化内部控制参数的物理意义的着手,解释了该模型体积屈服机制的工作过程,并进一步给出了其内部控制参数的显式解析算法及推导过程。针对于该模型的非线性弹性-多屈服机制塑性所导致的数值求解复杂性,给出了其基于改进欧拉中点法的本构积分算法,结合相关研究的参考试验及数值计算结果进行了验证。     

连续屈服节理模型对剪切地震波传播的影响

地震波在跨越岩体中节理时的透反射特性是岩石地下工程抗震分析问题中的重要基础,目前开展的研究工作中尚未有针对连续屈服（CY）非线性节理模型透反射特性的研究报导。在前人提出的非线性节理透反射系数时域递归法解答的基础上,将这一方法拓展至CY模型。并采用3DEC离散元软件,对比了CY模型的时域递归解与数值模拟结果的差异。在此基础上以时域递归解为手段,辅以离散元数值模拟,开展了CY模型的参数影响研究。最终比较了库仑（MC）模型与CY模型在正弦脉冲激励和真实地震动激励下表现的差异。结果表明：CY模型的时域递归解与3DEC数值模拟结果显示了良好的一致性,证明了时域递归解用以进行后续参数研究的合理性。法向应力、入射波幅值、节理初始刚度、节理间距等参数对CY模型具有显著影响。相比库仑模型,连续屈服模型可以更好地反映地震波穿越节理时发生的复杂力学现象,如切向刚度退化、抗剪强度劣化、法向应力依赖性、滞回现象等。研究成果可为岩石地下工程的抗震设计与分析工作提供一定参考。     

深埋隧道锚杆支护作用的数值模拟与模型试验研究

以重庆至长沙公路共和隧道为研究对象,研制出环氧-硅橡胶的相似模型材料,在大型真三轴模型试验机上进行了隧道在毛洞和锚杆支护条件下的超载试验,采用应变测量技术对隧道关键部位的应变值和锚杆的应变值进行了测量,据此分析了围岩体在锚杆支护后的应力变化规律和锚杆的轴力变化规律。采用与模型试验相同的边界条件进行了隧道在锚杆支护条件下的数值模拟工作,对围岩体的塑性区、应力场和锚杆轴力随荷载的变化过程进行了研究。结果表明,两种手段反映的围岩体应力变化规律和锚杆轴力随荷载的变化规律是一致的     

让压锚索在边坡支护中的应用试验研究及摩阻力问题的探讨

为研究让压锚索在边坡支护中的自身让压特性,获取让压实测资料,以江西洪屏电站高边坡为工程背景,结合图强工程材料有限公司研发的新型让压锚索,针对不同锚索长度、自由段长度等各种工况进行了现场试验,试验表明：在让压锚索张拉过程中,部分锚索出现了让压滑移现象,让压效果显著;但让压时,长锚索孔口张拉力与设计基础让压力相差很大,说明锚索孔口张拉力并未如理想状态那样全部传递给锚孔内部的锚索,而是很大一部分孔口拉力将用来克服锚索与锚孔之间的摩阻力,且量值上已达到不容忽视的程度。试验同时揭示了锚索长度、锚固长度、锚束及锚孔施工质量对摩阻力的大小起到关键性影响,锚索长度、自由段长度越长、锚束越多、锚孔质量越差,则摩阻力越大。并据此提出了未来边坡防护锚索设计中重点关注及有待于进一步研究的内容。     

GIS地表塌陷计算的有限棱柱法及三维数据模型

具有强大信息管理和可视化功能的GIS已在地下硐室开挖、矿山采掘、边坡等许多工程领域中得到了广泛应用。笔者给出了一种用于地下开挖变形描述和应力分析的方法——有限棱柱法，并就该方法与GIS集成中的数据模型和数据组织方法进行了探讨，建立了基于GIS的虚拟地质体地下开挖变形描述与评价计算的三维可视化系统，并对多语言集成模式和数据可视化方法进行了探讨。同时还给出了该方法的工程应用实例，对该方法的可靠性和有效性进行了验证。     

喷锚支护节理岩体的弹性复合单元模型

利用复合单元技术,建立节理岩体喷锚支护的弹性模型。该模型可先不考虑节理、锚杆、喷层等细部结构,生成常规有限元网格,然后根据节理、锚杆、喷层的相关信息,形成复合单元网格信息。该模型可重点考虑锚杆和喷层在节理面上的局部化非线性变形与相互作用关系。算例研究验证了模型的合理性。该复合单元算法同时包含等效模拟和离散模拟的优点,有着较好的应用前景     

水气二相渗流耦合模型及其应用

本文建立了非饱和带水气二相渗流的耦合模型,并采用IMPES(隐式求解压力方程,显式求解饱和度)求解方法对该模型进行了求解.在此基础上,将该模型应用于沁水盆地TL煤层气井水气运移、产出的模拟计算,利用该井1999年2月9日～5月6日的水气排采资料,通过历史拟合计算,对影响该井水气产量的主要参数(如渗透率、表皮系数、相对渗透率等)进行了校正、识别,预测了该井未来20年的水气产量动态变化特征.     

喷锚支护在水工隧洞施工中的应用浅说

简要地介绍了对水工地下洞室施工中对围岩不稳定体,即碎裂岩体、松动岩体、软弱结构面、楔形体结构面等围岩喷锚支护结构的作用,喷锚支护结构的使用。