锚杆工作荷载实时检测技术研究

理论分析和实验室实验表明,在承载条件下,锚杆的工作荷载与其在激发荷载作用下振动基频成三次幂函数关系。随着工作荷载的增加,在首个振动周期内,固端反射幅值与首波幅值之比呈逐渐减小趋势,底端反射幅值与首波幅值之比成逐渐增加趋势。提出了一种在工程实践中无损、实时检测锚杆工作荷载的方法。     

横向简谐荷载作用下端锚黏结式锚杆黏结性试验研究

由于采动荷载和爆破荷载对已有支护锚杆产生影响，因此迫切需要研究锚杆在动荷载作用下的微观力学特性及黏结性变化。从工程实际出发，现场监测锚杆工作状态下轴力变化和爆破荷载作用下锚杆周边围岩振动信息，并开展探索性室内试验。通过室内试验获得锚杆在轴向荷载作用下横向固有频率振动后的振动强度与工作龄期耦合作用下锚杆黏结性衰减规律的拟合计算式。研制了横向简谐荷载作用下端锚黏结式锚杆模型试验装置，采用均匀设计方法，考虑锚杆长度和锚杆直径两个影响因素，通过动态监测系统获得了横向简谐荷载作用下锚杆应力沿锚杆长度的分布规律、锚杆应力分布与拉拔力的关系，以及剪切应力与位移的关系。最终采用大型有限差分软件FLAC3D，建立了锚杆与围岩相互作用的力学模型。     

轴向荷载对锚杆横向振动特性影响的数值分析

基于梁的横向振动理论,建立了锚杆横向振动的力学模型,得到了轴向荷载下锚杆横向振动的控制方程。考虑了轴向荷载对锚杆托盘与围岩接触的影响,通过ANSYS建立有限元模型,将接触面用实体单元替代,对不同轴向荷载下的锚杆做了有预应力的模态分析。模拟结果表明,锚杆横向振动固有频率都随轴向荷载的增大而增大,而且对不同岩性条件下的锚杆横向振动影响稍有差别,对各阶固有频率的影响规律也不尽相同,低阶规律较为明显,其中1阶、2阶、3阶随轴向载荷基本成线性增长。该结论可为煤矿、公路以及边坡锚杆轴向受力的实时无损检测提供指导。     

循环荷载作用下岩溶路基土的动力特性试验研究

在现场调查的基础上, 针对高铁通过岩溶区域典型土样, 开展了模拟高铁循环荷载作用下的动三轴试验, 研究了高速列车运行荷载作用下岩溶路基土的动力特性。结果表明, 振动前期土体动应变随着振动次数的增加几乎呈线性增大, 振动后期动应变呈非线性增加, 应变增量逐渐减小, 并最终趋于稳定。随着振动次数的增加, 土体中孔隙水压力逐渐增大, 但总体增加幅值不大; 土体破坏后, 即使振动次数继续增加孔隙水压力也不再增大。因此, 在岩溶地区进行高铁工程建设, 一定要分析不同设计时速产生的高速循环荷载对路基稳定性的影响, 采取有效防治措施, 确保工程建成后列车的正常运营和行车安全。     

双向交通荷载作用下粉煤灰土动力特性研究

针对传统的粉煤灰土动力特性研究中只考虑单向荷载作用的局限性,将交通荷载简化为双向振动的正弦波形循环荷载,采用FST-200型动三轴试验机进行双向交通荷载作用下粉煤灰土的动三轴试验,分析了径向动应力对粉煤灰土轴向累积塑性变形、动强度和动弹性模量的影响,建立了轴向累积塑性变形与振动次数关系的分段函数数学模型。结果表明：在双向交通荷载作用下,粉煤灰土的轴向累积塑性变形与振动次数、轴向动应力幅值正相关,与径向动应力幅值负相关,施加径向动应力降低了动偏应力,提高了土样的刚度,使轴向塑性累积变形减小;粉煤灰土的动强度、动弹性模量随径向动应力的增加而增大,随振动次数增加而降低;建立的数学模型能够反映粉煤灰土在双向交通荷载作用下的动变形特性。     

巷道顶板锚固体应力波传播特性数值试验与应用

煤矿巷道顶板树脂锚杆锚固质量应力波法无损检测的实质在于准确测试并分析应力波的传播特性,目前对锚固体中应力波传播特性的认识并不全面。本文数值计算不同围岩类型、不同岩层组合、不同密实度、不同工作载荷锚固体模型中应力波的传播特性。数值计算结果表明锚固体不同失稳模式下的波导特征存在差异性,即:锚固体中波速与围岩岩性具有很好的相关性,依据波速可识别围岩岩性;层状锚固体围岩分界面处应力波发生反射,根据反射特征和反射时间可确定岩层属性和位置;提出一种依据底端反射波幅值比判断密实度的方法;围岩越"坚硬",锚杆横向振动固有频率越大,且高阶固有频率与轴向工作荷载近似呈线性关系。利用开发的无损检测仪现场测试分析了顶板锚固体中应力波的频率域曲线,依据测试的横向振动频率曲线可判别顶板锚固体的失稳模式,对于易失稳的顶板便于采取及时主动加固措施避免灾害发生。     

恒定载荷作用下巷道围岩承载特性数值模拟研究

不同锚杆支护参数条件下,围岩形成的锚固承载体的承载性能不同。采用数值模拟软件,研究了围岩在支护后,锚杆支护参数与锚固复合承载体的关系。研究得出:随着支护密度的增大,围岩承载体强度逐渐增大、围岩两帮塑性区范围逐渐变小、垂直应力峰值逐渐由深部向浅部转移、围岩变形量小;随着锚杆长度的增加,应力峰值越靠近两帮、应力值也越大。但是锚杆长度达到一定值时,承载体强度的增长幅值逐渐减小;随着锚杆直径的增大,巷道的围岩变形量逐渐减小。研究为巷道围岩的控制提供了借鉴。     

非周期变尺度随机共振在锚杆无损检测中的应用

在强噪声下检测锚杆微弱信号一直是实际工程中的难题。随机共振与以往去噪方法不同,其利用噪声能量来增强被噪声埋没的微弱信号。经典的随机共振只适合于小参数信号(信号频率、信号幅值、噪声强度均远小于1)的检测,而应力波反射法采集到的锚杆信号属于衰减振荡的暂态信号,具有非周期性、大参数等特点,因此采用非周期变尺度随机共振方法处理锚杆信号。针对非周期随机共振,综合峭度指标与互相关系数指标的各自优缺点,采用加权峭度作为其度量指标。变尺度随机共振法对幅值进行归一化、对频率进行线性压缩,使锚杆信号满足经典随机共振的要求。通过处理非周期大参数的仿真信号和实际工程中的锚杆振动信号,验证了非周期变尺度随机共振的有效性。     

爆破动荷载作用下露天矿岩质边坡稳定性及支护研究

露天矿边坡的稳定性对于矿山安全生产具有重要意义,在爆破作用的长期影响下,岩体会造成损伤积累,降低边坡的稳定性。因此,以攀西地区某露天矿为研究对象,通过现场监测所得的爆破振动速度,基于FLAC3D数值分析软件,研究爆破动荷载作用下岩体的变形特征及动力响应特征,确定危险区域的同时设计锚索进行支护分析爆破动荷载作用下锚杆的轴力特征及多次爆破作用下预应力损失规律。研究结果：边坡在爆破动荷载作用下坡底产生局部剪切破坏且沿上部逐渐发展,在多次爆破作用下预应力持续降低,最大预应力损失比为18.05%,且预应力损失趋势逐渐降低,因此进行支护设计时建议初始预应力值应为设计值的1.2倍,研究结果对于指导露天矿施工具有一定的借鉴意义。     

含孔洞红砂岩超声波传播特性研究

岩体内部缺陷的尺寸、几何分布形态是影响岩土工程失稳破坏的主要因素之一。为探究不同孔洞形态下红砂岩的超声波传播特性,采用原状红砂岩岩样建立含不同孔洞尺寸、孔洞角度岩样试件,考究单孔洞下尺寸、角度单因素变量对超声波传播规律的影响,完成了含孔洞红砂岩的超声波波速、波幅、衰减系数参数的试验测试与分析。结果表明:随着孔洞尺寸和孔洞角度的增加,超声波波速、首波幅值均下降,衰减系数增大;波速对孔洞敏感度较差,幅值、衰减系数对孔洞较敏感,幅值与衰减系数的差值变化趋势相同。