鲁布革水电站地下厂房锚喷支护效果的研究

为了研究鲁布革水电站地下厂房围岩采用锚喷支护的效果,我们曾进行了相似材料模型试验研究和有限元计算。模型试验和有限元计算分别对有支护和无支护的洞室围岩应力分布;围岩位移;以及洞室失稳的破坏荷载、破坏范围和破坏形态进行了研究。分析研究结果表明,锚喷支护能够改善洞室围岩的受力条件,增加围岩整体变形刚度和提高围岩的承载能力。洞室进行锚喷支护后,围岩拉、压应力值都有所降低;围岩周边最大变形减少20％左右,洞室破坏荷载可提高50％左右。本文对洞室围岩、喷混凝土层及锚杆的破坏机制亦进行了讨论。     

隧洞支护效应的探讨

基于弹性理论,对隧洞开挖后和进行喷锚支护后的应力和塑性变形进行分析。运用FLAC 3D模拟了隧道开挖与支护过程中的力学行为,得到隧道在无支护和喷锚支护作用下围岩的塑性及应力变形情况。结果表明,在喷锚支护中,对锚杆施加预应力,其值为当隧道塑性区消失时所需支护力的大小。这种支护提高了围岩的自承能力,使围岩塑性区的扩展在隧道开挖不久就得到有效抑制,能有制止隧道围岩的进一步破坏。     

软岩巷道高强锚杆和锚注支护加固机理分析

基于软弱围岩的变形破坏规律，采用有限差分软件FLAC^2D，对普通锚喷支护、高强锚杆和锚注共同支护前后围岩变形破坏规律进行了数值模拟分析，结果表明，锚注支护利用锚杆与注浆相结合的方法，显著提高了围岩的强度和承载能力，扩大了锚杆的使用范围，能有效地控制软岩巷道的围岩变形，具有显著的经济效益。     

喷锚支护对花岗岩破坏的防护作用

依据锚护及锚网支护花岗岩的全应力应变过程,探讨了喷锚支护花岗岩的峰值后特性。依据花岗岩达到峰值强度前的渐进破坏阶段,提出特征应力的概念和相应的判别式,发现各特征应力和工程岩爆级别有良好相关性。结合陈、康扩容本构关系进行了数值分析。计算结果能够揭示脆性岩石地下洞室的变形特性,初步体现喷锚支护对花岗岩渐进破坏的防护作用。     

极软岩巷道锚注支护技术的研究与应用

极软岩巷道具有持续塑性变形破坏的特征,单一支护方式难以控制.锚注支护是具有锚杆支护与注浆加固作用的一种联合支护方式,可以改变围岩力学参数,提高围岩强度,是一种主动支护方法.根据锚注机理,建立围岩锚注计算的力学模型.依据围岩流变特征,选择耦合的流变模型,以分析锚注支护对具有流变特性持续变形围岩支护的控制作用.经理论分析、计算和工程应用表明,锚注支护对控制极软岩巷道持续变形破坏具有显著的技术、经济效果.     

E1．B0RJ耐水电整治工程引水隧洞ZG2i区喷锚衬砌稳定分析

喷锚衬砌是60年代迅速发展起来的一项地下结构支护新技术，它是在围岩中设置锚杆和在围岩上喷射混凝土，使围岩、锚杆和喷混凝土形成一个整体，利用围岩自身的强度来提高围岩的自稳能力，阻止围岩的变形，防止岩块松动和塌落。本文以EL．BORJ水电整治工程引水隧洞ZG2i区喷锚衬砌稳定分析为例，对隧洞的喷锚衬砌设计提供参考。     

水布垭枢纽地下厂房施工开挖与加固的数值模拟

通过非线性有限元计算,对水布垭电站地下洞室开挖围岩的应力与变形进行了分析,探讨了主厂房洞室局部软岩置换、喷锚支护等措施对围岩开挖位移与应力的影响;在此基础上,对设计采用的各种支护处理措施的加固效果以及地下厂房洞室围岩的整体稳定性作出了评价.     

地下大跨度隧道开挖支护过程的数值模拟

地下洞室开挖和支护过程的应力南应变状态对隧道工程安全性评估至关重要.文章采用LS-DYNA软件的动力松弛法确定围岩和结构的初始应力和应变状态,然后对开挖、喷锚支护和衬砌支护过程进行数值模拟,分析了围岩Von-Mises应力、塑性应变、最大主应变和位移变化情况.分析表明:开挖和支护方案对围岩应力和应变状态影响较大.大跨度地下工程在开挖和支护过程中出现的塑性变形主要局限于锚杆能够达到的区域,说明喷锚支护设计方案合理;另外,在围岩中会出现一定规模的拉伸应变,主要区域集中在围岩直墙和底板的交界处,但喷射混凝土和衬砌上没有塑性应变发生,拉伸应变的数值也很小;锚杆上的轴力远小于锚杆能承受的最大拉伸轴力,开挖和支护过程结束后整个结构系统均是安全的.     

节理岩体中洞室围岩大变形数值模拟及模型试验研究

根据节理岩体的特性，按弹簧块体理论模拟节理岩体中大型地下洞室开挖与锚杆支护的变形特征。同时，开展了开挖条件下节理围岩变形特性和锚固效应的模型试验研究，得到不同初始地应力场条件下，大型地下洞室分步开挖和锚杆支护的围岩力学行为的变化规律，数值计算结果和实测结果所反映的节理岩体围岩的运动规律基本一致。     

惠州抽水蓄能电站地下厂房洞室围岩稳定性分析

对惠州抽水蓄能电站地下厂房洞室围岩的稳定性进行了二维弹塑性有限元计算,对地下电站洞室开挖围岩的应力与变形进行了分析,探讨了施加系统锚杆和喷混凝土等支护措施对围岩的加固作用,研究了开挖顺序调整、间距改变以及扩挖对围岩稳定性的影响.     

深部高地应力区软岩巷道模型试验及数值优化

深部巷道围岩大变形和失稳破坏是高地应力区巷道普遍存在的问题,有效的支护措施是保证深部巷道稳定的重要因素。以淮南某煤矿深部巷道为工程背景,通过相似材料模型试验利用YDM-D多功能地质力学模型试验系统,研究了巷道在无支护和锚杆支护两种条件下巷道围岩的变形破坏特征。研究结果表明:相似材料选用粘土、水泥、砂及水,配合比为4∶1∶20∶1.3的试件表现出良好的塑性大变形特性;相似材料模型经过锚杆加固后,洞壁最大位移有所减小,由15.4 mm减小为12.1 mm,加固效果不明显,表明锚杆的间距偏大,并用数值分析方法模拟验证了试验结果。采用正交设计结合数值分析方法对淮南某煤矿深部巷道喷锚支护方案进行了优化分析。结果表明:拱顶锚杆长度间排距分别取2.4 m、0.8 m、0.8 m,边帮锚杆长度间排距分别取3.7 m、0.8 m、0.8 m,底板锚杆倾角45°,锚杆长度间排距分别取2.9 m、0.9 m 、0.8 m,喷层厚度取120 mm加固方案效果最优。     

引水隧洞复合支护钢拱架变形特性及围岩稳定性研究

 为研究复合支护中钢拱架变形特性和力学机制,优化支护参数,保证引水洞室的稳定性,在对支护结构进行力学分析的基础上,采用数值计算方法对山西引水工程中施工支洞进行了仿真模拟。基于复合支护力学作用机制的研究,分析钢拱架在初期支护中的应力及变形特性,并结合工程实例研究复合支护中钢拱架、钢筋网以及喷层所分担的围岩压力比例。数值计算表明：与普通的喷锚支护相比,有钢拱架的复合支护体系能够对围岩变形提供直接支护力,使围岩初期变形和塑性区范围大大减小,有利于围岩承载拱的形成并发挥其自身承载能力,同时其他各支护材料的变形和应力也有较大程度的降低,是洞室破碎围岩支护的有效手段之一。研究成果为山西省中部引黄工程引水洞支护设计提供了理论依据,对同类工程也具有借鉴和指导意义。     

引水隧洞复合支护钢拱架变形特性及围岩稳定性研究

为研究复合支护中钢拱架变形特性和力学机制,优化支护参数,保证引水洞室的稳定性,在对支护结构进行力学分析的基础上,采用数值计算方法对山西引水工程中施工支洞进行了仿真模拟。基于复合支护力学作用机制的研究,分析钢拱架在初期支护中的应力及变形特性,并结合工程实例研究复合支护中钢拱架、钢筋网以及喷层所分担的围岩压力比例。数值计算表明:与普通的喷锚支护相比,有钢拱架的复合支护体系能够对围岩变形提供直接支护力,使围岩初期变形和塑性区范围大大减小,有利于围岩承载拱的形成并发挥其自身承载能力,同时其他各支护材料的变形和应力也有较大程度的降低,是洞室破碎围岩支护的有效手段之一。研究成果为山西省中部引黄工程引水洞支护设计提供了理论依据,对同类工程也具有借鉴和指导意义。     

高地应力条件下地下厂房洞室群围岩的变形破坏特征及对策研究

 依据官地水电站大型地下厂房洞室群地应力高、围岩坚硬、结构面发育等特点,在地应力特征、围岩结构特征分析的基础上,结合围岩变形监测成果和三维数值仿真分析成果,对洞室围岩变形破坏特征进行归纳总结,并系统提出高地应力条件下地下厂房洞室群的布置设计、开挖支护设计和施工对策。建议高地应力条件下,洞室纵轴线的选择应兼顾最大主应力方位和围岩主要结构面、采用较大的洞室间距和较大的顶拱矢跨比、采用合理的开挖方式和开挖顺序、适当提高喷混凝土强度等级、延时浇筑岩壁吊车梁和母线洞衬砌、合理确定锚索张拉力锁定值,对具备岩爆条件的洞室围岩先初喷50～60 mm厚的钢纤维混凝土后再实施系统锚杆和挂网喷混凝土层到设计厚度等。上述建议对于高地应力条件下类似地下厂房洞室群的设计与施工具有重要的指导意义和应用价值。     

高应力大直径圆筒形洞室围岩变形破坏特征与失效机制

针对高应力大直径圆筒形洞室出现的岩爆、喷层开裂和钢绞线弹出等变形破坏现象,通过现场破坏调查、岩体位移和锚索应力监测,详细说明了围岩变形破坏的发展演化过程,并通过钻孔摄像观测了围岩内部破裂特征,进而总结了围岩变形破坏的演化模式。通过数值模拟揭示了洞室围岩变形破坏机制,并提出了合理的支护建议。高应力大直径圆筒型洞室变形破坏是一个链动灾害过程,围岩内部开裂导致了岩体位移和锚索荷载增加,锚索荷载超限时钢绞线断裂弹出,失去约束的洞壁围岩和喷层在卸荷作用下鼓胀开裂。高初始地应力和开挖后诱发的应力集中,玄武岩起裂强度低,临近洞室开挖诱发应力叠加,应力集中区支护强度较弱等综合因素导致了围岩内部开裂的产生。在洞室围岩应力集中区设置足够的预应力长锚索和合理的张拉力,可以有效减弱围岩内部破裂深度和程度。     

裂隙岩体小净距超大断面隧道围岩非连续变形分析

由于现有隧道规范不足与设计、施工经验匮乏,裂隙岩体中小净距超大断面隧道的围岩稳定性分析与中夹岩柱变形破坏特征及其支护方案优化仍是大型隧道工程建设中遇到的棘手难题。以济南市东南二环绕城高速大岭超大断面隧道为工程依托,通过对掌子面岩体结构信息的精细化描述,获取各评定指标分布概型,并应用Monte Carlo法生成符合围岩等级评价指标分布概型的大量随机数,通过归纳统计获得隶属各围岩亚级分级的概率分布,由此对岩体质量进行了稳健评估。此外,用改进的非连续变形分析(DDARF)法对大岭隧道浅埋小净距段围岩的变形破坏规律及裂隙演化过程进行了数值模拟;以裂隙扩展破碎区贯通与否作为中夹岩柱稳定性的评定依据,分别针对无锚、有锚支护条件下的围岩稳定性状况及变形特征进行了对比分析。结果表明:无锚支护条件下,隧道后行洞开挖对先行洞的裂隙扩展及变形有一定影响,但不明显;而锚杆支护则可显著约束围岩尤其是中夹岩柱的裂隙扩展及贯通,锚杆支护条件下二次扰动后先行洞围岩的裂隙扩展情况、变形破坏特征与单洞开挖无异,且系统锚杆支护与中夹岩柱水平加长锚杆支护对裂隙演化的控制效应无较大区别。研究结果对裂隙岩体中小净距超大断面隧道围岩的支护方案优化有实际指导意义。     

软弱隧道围岩拱顶塌方及锚杆支护效应试验研究

为研究软弱岩体中隧道开挖引起的围岩失稳破坏特征以及锚杆的加固效应,以IV级围岩为参照对象,开展一系列无锚杆和有锚杆支护条件下的隧道开挖地质力学模型试验,并对拱顶围岩的位移、应力和宏观破坏形式的发展变化规律进行分析。研究结果表明:(1)隧洞开挖后,围岩破坏始自隧道两侧拱脚,渐次向上延伸并塌落成拱;(2)由于锚杆的悬吊挤压作用及其与岩层的组合梁效应,显著减少了拱顶岩体塌落范围;(3)锚杆通过对岩体施加黏锚力,提高了锚固范围内岩体的强度和韧性,有利于增强围岩的承载能力和抵抗变形能力;(4)锚杆支护对围岩应力分布起调节作用,使得围岩能在较高的能量状态下获得稳定平衡,并延缓了围岩进入"软化"阶段。上述研究成果可为软弱隧道围岩稳定性评价以及支护结构的设计与施工提供一定的借鉴和参考作用。     

恒阻大变形锚杆力学特性及其工程应用

 传统刚性锚杆允许巷道围岩的变形量一般均在200 mm以下,不能适应巷道围岩大变形破坏而被拉断失效。自主研发的恒阻大变形锚杆能提供恒定工作阻力和稳定变形量,该锚杆主要由恒阻装置和弹性杆体组成,适应于软岩巷道、深部巷道的围岩支护,可以有效控制冲击地压等工程灾害。利用自主研发的恒阻大变形锚杆(索)试验系统对恒阻大变形锚杆进行室内力学特性试验,试验结果表明,恒阻范围内累计变形量最大值可达1 000 mm。在我国典型深部软岩矿井巷道支护进行现场科学试验,效果良好。     

金川矿区不良岩层巷道围岩变形控制与喷锚支护

金川矿区井巷围岩多属不良岩层,地质构造复杂,岩体软弱松散,地应力高,围岩形态变化大,而且具有显著的流变特征。因此采用传统的支护方法,并不能保证巷道的稳定。围岩变形是能集中而真实地反映围岩的受力状态和稳定程度的。因此变形量测所得的变形值、变形速率和时间效应是指导喷锚施作,评定围岩稳定程度的重要依据。塑性流变特征明显的大变形巷道中采用二次喷锚支护是解决这类岩体巷道维护的一个有效途径。初始支护应尽可能快地施作,充分利用支护的及时性、固结性和密封性,以迅速加固松散岩体,控制围岩初期的剧烈变形,并使围岩应力得到进一步释放,减轻支护结构的负担。二次支护则应有足够的滞后时间,只有在围岩变形速率明显下降时施作二次支护,才能取得最良好的效果。由此可见,必须十分重视现场监测,切实掌握围岩力学形态的变化,研究岩体的变形和破坏规律,探索围岩结构和工程结构的相互作用,进行岩体稳定性评价,这是提高喷锚支护可靠性的直接而有效的方法。     

喷锚支护洞室抗爆现场试验洞顶位移研究

地下工程设施的稳定性是岩土工程重要研究内容,如何提高爆炸荷载下洞室的抗爆能力对国防和民用工程都有重要的意义。因此,开展现场洞室抗爆实验研究有着重要的战略意义。从喷锚支护洞室抗爆现场试验角度,介绍不同的支护条件即长密锚杆 、 短密锚杆、常规锚杆三种不同条件下洞顶部位在上部爆炸条件下洞顶位移的特征。另外,对使用两种不同垫板的锚杆支护下洞顶位移做了对比,分析得到碗形垫板支护效果好于板形垫板支护效果的结论。文中还分析了洞顶与洞室跨度相对位移与爆炸比例距离的关系。通过本次试验以寻找最好的锚固效果,为实际工程提供借鉴。