锚杆系统低应变动力响应的数值模拟分析

建立了锚杆-围岩结构系统三维轴对称有限元计算模型,并利用动力有限元法对锚杆系统瞬态动力响应进行了分析。对于完整锚杆系统,围岩质量较好、较为坚硬时,杆顶速度响应信号的衰减速度较快,锚杆杆底反射信号较不明显;围岩质量较差、较为软弱时,信号衰减速度较慢,杆底反射信号较清晰;在损伤锚杆系统中,当锚杆系统筋材存在损伤时,损伤处反射波较明显,而当锚固砂浆存在局部损伤时,损伤处的反射波不明显,但杆底反射波比较明显。     

全长黏结锚杆的数值流形方法模型

基于流形方法的有限覆盖技术,确定流形元覆盖系统下锚杆的位移函数,由此建立全长粘结锚杆的数值流形方法模型,定义了锚杆流形单元,并推导了锚杆流形单元的数值计算格式。该模型符合全粘结的物理意义,是一种局部解析的锚杆数值方法,具有较高的精度。同时锚杆与数学覆盖相对独立,只要求锚杆完全处于数学网格的覆盖之中,对其相对位置没有要求,所以一般网格可以适应锚杆的复杂布置。该模型可以应用于岩土锚杆模拟及钢筋与混凝土共同作用分析等问题。     

砂浆锚杆加固效果的等效数值模拟方法研究

针对常规数值模拟计算无法有效地反映锚杆对围岩的加固效果的缺陷,结合岩体变形在锚杆中产生的支护压力计算公式,提出了一种简单、有效的砂浆锚杆加固等效数值模拟方法。该方法首先在有锚杆支护隧道开挖的计算结果中提取每根锚杆的最大轴力;然后根据该轴力值按锚杆支护压力公式计算其所产生的等效均布力;最后将该均布力施加到相同计算工况下无锚杆支护的围岩表面进行模拟计算。将该方法应用于锦屏二级水电站地下厂房枢纽洞室及乌东德水电站4#导流洞0+ 550 m断面的开挖与支护计算,通过与现场实测数据对比,结果表明,该方法能较好地模拟锚杆支护对围岩的加固效果,其模拟结果可为隧洞的施工与支护设计提供可靠的参考依据。     

双排桩-锚杆支护的有限元模拟

基坑支护模型往往在计算假定的基础上建立,而依据计算假定建立的模型往往不能得到和实际相符的结果。但有限元软件可以较为真实的模拟基坑开挖的过程中应力和位移的变化情况,是土工数值分析的重要手段。本文运用大型有限元软件ABAQUS建立双排桩-锚杆结构有限元模型,全面的考虑土体的特性、桩土的共同作用及桩间土对支护结构的影响等因素,分析支护结构在土体开挖荷载作用下的内力和变形,为设计和施工提供了参考。     

复杂地形条件下直流电阻率异常三维数值模拟研究

复杂地形条件下的电阻率异常解释是十分困难的：①地形的起伏改变了地下电流场，使其分布规律不同于水平地电条件下的电流场；②在实际的观测过程中，测点至场源的距离与地表水平情况的差异直接影响到了正常的解释工作。针对这一实际工作中遇到的问题，运用四面体单元的三维有限元数值方法对复杂条件下的电阻率异常进行了理论研究，中选用了几例典型地质模型。结果表明，采用四面体单元的有限元法研究复杂条件的影响是可行的，有效的。     

深基坑复合支护技术三维数值模拟研究

北京市某深基坑工程深19.7 m,采用土钉墙与桩锚相结合的复合支护技术,取得了很好的支护效果。采用有限差分法对该工程的典型支护形式开展了三维数值模拟研究,得出了在分步开挖过程中,土钉墙支护中土钉的工作方式和受力历程,以及桩锚支护中护坡桩与锚杆之间的受力协调过程,并与基坑边坡位移及支护体受力的实测数据进行了对比分析,为深基坑复合支护技术的发展和设计提供科学的指导依据。     

三维非连续变形分析方法中的锚杆模拟

提出了三维非连续变形分析方法中锚杆的简化模型，给出了相应的算法和公式，算例表明，该模型能较好地反映锚杆的加固效果。     

岩土混合边坡预应力锚杆支护数值模拟：以深圳金园路边坡为例

预应力锚杆支护是一种较新型的锚固技术,但实际工程设计都偏保守,造成经济浪费,因此实际设计过程中存在诸多预应力锚杆参数优化问题。使用有限元分析软件Abaqus模拟锚杆长度、锚固角度、预应力、直径诸因素的变化对边坡稳定性的影响趋势,通过正交试验优化设计得出最优组合方案,为预应力锚杆的相关设计提供科学参考,避免工程建设的安全隐患或不合理投资。     

新型高强预应力让压锚杆巷道支护性能的数值模拟

一种新型的高强高预应力让压锚杆在国内煤矿深埋巷道支护中得到了成功应用,与普通锚杆相比,高强度、高预应力和让压性能是其主要特点。基于高强预应力让压锚杆力学模型,建立了让压锚杆-围岩相互作用体系的有限元数值模型,并对巷道围岩应力分布、位移和锚杆受力性能进行了分析。结果表明,高强预应力让压锚杆系统能够减小锚杆荷载,且可防止大变形和深井巷道支护中锚杆过早地进入屈服,对杆体具有保护作用。     

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     

基于三维数值模拟的深基坑隔断墙优化设计

作为一种保护邻近建筑物的措施,隔断墙已经开始在深基坑工程中应用,但目前对其有关参数的设计还缺乏理论指导。以某软土地区深大基坑实例为背景,利用有限元分析软件ABAQUS,建立三维有限元分析模型,土体采用修正剑桥模型,模拟开挖实际工况,深入分析了隔断墙各设计参数对保护基坑邻近建筑物效果的影响,邻近建筑物沉降计算值和实测值验证了隔断墙参数优化分析结果的合理性。研究结果表明：地表位移、建筑物的横向角变量和围护墙最大位移随着隔断墙深度的增加而逐渐减小,但建筑物横向角变量的减小幅度趋缓,隔断墙存在一合理深度;随着隔断墙的位置逐渐从基坑侧壁向邻近建筑物移动,隔断墙外侧地表横向和纵向沉降以及纵向不均匀沉降均减小,建筑物的横向角变量也明显减小。理论上,隔断墙越靠近邻近建筑物,保护建筑物的效果越好;隔断墙的平面设置范围对于邻近建筑的保护效果也有着明显的影响,一般情况下可以取邻近建筑物的范围作为隔墙的合理设置范围;隔断墙刚度对地表位移和建筑物角变量影响不大,实际工程中宜取中等刚度的隔断墙。     

锚杆拉拔试验的理论和数值分析

详细分析了现场锚杆拉拔试验的实测数据,说明了传统设计中认为界面抗剪应力平均分布的简化假定与近似服从负指数分布的实测结果存在误差。考虑界面黏结强度中化学胶着力、机械咬合力和界面摩擦力逐渐丧失的过程,建立了一个可以通过现场拉拔试验得到的极限荷载反算出界面抗剪强度和解耦长度的理论模型。引入一种可以模拟锚杆与岩土界面复 杂力学特性的摩擦-接触型界面单元建立数值模型进行仿真分析,再现了现场试验全过程的力学响应。通过与实测数据对比分析,验证了理论模型和数值分析的可靠性和精度。     

3-D numerical modelling of radial-axial rock splitting

Radial–axial rock splitters are potential primary mechanical excavating tools for underground hard rock mines. In an effort to further guide the development of a working prototype, a series of laboratory, field, and numerical experiments were conducted. The results of a three-dimensional finite element analysis of a radial-axial splitter used to break intact granite blocks are presented. Numerical results are in good agreement with the physical modelling and field studies, thus validating the numerical formulation implemented. © Rapid Science Ltd. 1998     

方腔回流区水流运动特性三维数值分析

建立了一个三维水动力学模型,对方腔回流区水流运动特性进行了模拟分析。数学模型以三维浅水环流方程为基础,在垂向空间引入σ坐标变换,采用高分辨率半隐有限元离散格式。计算结果与解析解及水槽试验数据吻合良好。应用该模型对方腔回流区的水流运动特性进行了计算分析,进一步揭示了方腔回流运动的非定常非对称不封闭特性、流动结构表现为竖轴环流与立面环流相叠加、流速沿垂线分布相对均匀等流动规律。     

非饱和渗流Richards方程数值求解的欠松弛方法

非饱和土渗流理论是岩土工程问题的基础理论,在土石坝渗流、污染物传输、冻土渗流相变和边坡稳定分析等领域有着广泛的应用。非饱和土渗流Richards方程的数值求解过程中,某些参数如水力传导系数计算不当可能引起非线性方法,如Picard方法或Newton方法的迭代收敛震荡,从而导致非线性迭代方法收敛缓慢和精度降低。为了消除或降低迭代收敛震荡对求解精度和计算性能的影响,目前主要采用欠松弛方法。通过一维入渗算例和二维非均质土坝渗流算例演示已有欠松弛方法的局限性,进而提出新的短项混合欠松弛法,并对其实用性和可靠性进行验证。     

不同支护条件下锚杆支护作用的模型试验研究与数值分析

以重庆至长沙公路共和隧道为研究对象,研制出相似模型材料和配套试验设备,进行不同长度锚杆支护条件下的隧道超载试验。采用应变测量技术,测量两种不同长度锚杆支护工况下的隧道关键部位的应变值,据此分析围岩体在锚杆支护后的应力变化规律。通过模型材料室内试验,获取岩体相关计算参数,采用与模型试验相同的边界条件进行相应工况的有限元数值模拟,研究围岩体的变形量、应力场和锚杆轴力因锚杆长度不同而产生的变化。结果表明,模型试验和数值模拟反映围岩体应力和锚杆轴力因锚杆长度的不同而产生的变化是一致的。     

开滦矿区吕家坨矿现今构造应力场的三维有限元数值模拟

本文在前人对吕家坨矿进行矿井构造、水文地质、巷道变形等研究的基础上，结合该地区的震源机制解及有关的应力实测值，对矿区现今构造应力场进行了三维数值模拟，并对模拟结果进行了线性回归分析，得到了与现实较为符合的结论，为更合理的巷道布置和更经济而安全的巷道支护提供依据。     

锚杆在节理中的加固作用

提出了定量评价锚杆对节理加固作用的理论公式,并利用提出的公司研究了影响锚杆加固作用的一些重要因素,探讨了提高锚杆加固作用的有效途径,弥补了以往研究中存在的不足之处。     

岗曲河混凝土面板堆石坝三维静力应力变形分析

采用邓肯模型对岗曲河面板堆石坝进行了三维有限元分析,研究软岩填筑层对坝体工作性能的影响,计算混凝土面板与岩石填筑层的位移和应力及周边缝变形。结果表明,由于受到下游堆石3D软岩填筑区的影响,坝体最大横断面最大沉降略偏向下游,总沉降量约为坝高的0.2 %,面板周边缝位移的绝对值一般都小于2 cm,周边缝的止水设计需注意选择合理的止水形式和填缝材料,由于坝址河谷狭窄,受岸坡约束,三维效应对坝体的应力变形影响较明显,为设计施工提供了参考。