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隧道支护工字型钢与喷射混凝土粘结滑移性能研究

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工程力学 2024年第9期41卷 167-178页

作者：路军富李旻昊冉迅陈龙成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室成都610059 四川汶马高速公路有限责任公司成都610000

工字型钢与喷射混凝土的粘结滑移性能对隧道初期支护的协同变形,整体承载能力具有重要影响。该文进行了自然粘结和焊接栓钉两组对照的推出试验,观察试件的破坏特征,获取粘结滑移曲线。在此基础上分析试件的粘结滑移性能,通过函数建立了... 详细信息

工字型钢与喷射混凝土的粘结滑移性能对隧道初期支护的协同变形,整体承载能力具有重要影响。该文进行了自然粘结和焊接栓钉两组对照的推出试验,观察试件的破坏特征,获取粘结滑移曲线。在此基础上分析试件的粘结滑移性能,通过函数建立了自然粘结和焊接栓钉试件的粘结滑移本构模型,并提出了特征值的计算公式。试验结果表明:自然粘结试件的破坏模式为纵向劈裂破坏,焊接栓钉试件为拉裂破坏,拉裂缝位置沿栓钉横向排列方向;试件的荷载-裂缝宽度曲线与平均粘结强度-滑移曲线变化规律基本一致,可分为四段:无滑移段、斜线上升段、曲线下降段和水平残余段;在型钢腹板增加栓钉连接件,能有效提高型钢喷射混凝土的特征粘结强度。试验曲线与本构模型曲线对比拟合较高,表明该文提出的本构模型具有较高的精度。研究结果对于隧道工字型钢与喷射混凝土支护结构破坏特征研究及设计提供理论支持。

关键词：隧道支护组合结构粘结滑移性能本构关系栓钉连接件

贯通节理砂岩峰后变形试验研究及其在隧道支护中的应用

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煤炭学报 2014年第4期39卷 644-650页

作者：平洋李树忱汪雷山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061

深部资源开发中地下硐室围岩稳定控制必须面对峰后碎裂岩体的变形和破坏问题,但目前对峰值强度后的变形特征和强度特性研究不足,认识不充分,常导致大体积塌方、大变形等重大工程事故。采用RLW-1000型岩石三轴伺服刚性机对不同围压贯穿... 详细信息

深部资源开发中地下硐室围岩稳定控制必须面对峰后碎裂岩体的变形和破坏问题,但目前对峰值强度后的变形特征和强度特性研究不足,认识不充分,常导致大体积塌方、大变形等重大工程事故。采用RLW-1000型岩石三轴伺服刚性机对不同围压贯穿裂隙圆柱体标准试件进行常规三轴压缩试验,分析裂隙岩体在不同围压下裂隙岩体的峰后强度和变形特性。试验结果表明:裂隙试件的峰值强度,残余强度和峰值应变基本上是随着围压的增大而增大;围压越小,裂隙岩石峰后扩容现象越明显,岩石扩容随围压增大而减小,且岩石可塑性和围压共同影响岩石扩容。结合试验结果分析发现将峰后非连续体变形控制在残余强度的初始阶段,能以相对较低的支护阻力有效控制过高的破裂膨胀变形发生,保证隧道围岩的稳定。

关键词：围压峰后隧道支护三轴压缩试验残余强度最佳支护力

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薄壁钢管混凝土拱架在隧道支护中的受力特性

中南大学学报（自然科学版） 2017年第5期48卷 1316-1325页

作者：侯和涛马素王琦金延俊朱文灿陈磊山东大学土建与水利学院山东济南250061 山东大学岩土与结构工程中心山东济南250061 绵阳职业技术学院建筑工程系四川绵阳621000

结合济南某电缆隧道工程实例,设计5榀薄壁钢管混凝土拱架与1榀格栅钢架。试验探讨钢管壁厚、钢管拼接节点形式、有无混凝土填充对薄壁钢管混凝土拱架力学性能的影响,并与传统的格栅钢架进行比较。研究结果表明:在较短时间内,薄壁钢管混... 详细信息

结合济南某电缆隧道工程实例,设计5榀薄壁钢管混凝土拱架与1榀格栅钢架。试验探讨钢管壁厚、钢管拼接节点形式、有无混凝土填充对薄壁钢管混凝土拱架力学性能的影响,并与传统的格栅钢架进行比较。研究结果表明:在较短时间内,薄壁钢管混凝土拱架即能使围岩达到稳定,其抗变形能力要优于传统的格栅钢架;与普通套管相比,采用新型插入式灌浆节点连接的支架具有较强的抗变形能力;拱顶、节点以及柱脚位置应变的绝对值较大。采用有限元程序ABAQUS对试件进行分析,计算结果与试验结果吻合良好,计算模型及参数选取合理,可应用于类似工程。

关键词：薄壁钢管混凝土隧道支护灌浆套管有限元分析

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基于各向异性本构模型的隧道支护控制

北京工业大学学报 2012年第8期38卷 1202-1207页

作者：代春泉王磊王渭明山东科技大学土木建筑学院青岛266590 山东省土木工程防灾减灾重点实验室青岛266590

为了采用传统的力学模型来描述各向异性条件下隧道的受力特征与变形分布规律,作者基于空间滑动面理论的各向异性弹塑性本构模型,通过C++编程形成动态链接库dll文件,进行了FLAC3D各向异性弹塑性本构关系的二次开发.模拟分析结果表明,在... 详细信息

为了采用传统的力学模型来描述各向异性条件下隧道的受力特征与变形分布规律,作者基于空间滑动面理论的各向异性弹塑性本构模型,通过C++编程形成动态链接库dll文件,进行了FLAC3D各向异性弹塑性本构关系的二次开发.模拟分析结果表明,在各向异性条件下,隧道锚杆受力呈非对称分布的状态,经破坏区锚杆加长后模拟分析,围岩塑性区明显减小,且锚杆受力趋向均匀.通过胶州湾隧道接线工程现场应用,基于各向异性本构关系的隧道关键区支护控制是可行的.

关键词：隧道支护空间滑动面理论各向异性弹塑性 FLAC3D二次开发支护控制

对“考虑主应力偏转的土体浅埋隧道支护压力研究”讨论的答复

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岩土工程学报 2017年第8期39卷 1546-1548页

作者：汪丁建中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074

首先向黎春林先生就笔者在本刊2016年第5期发表的文章“考虑主应力偏转的土体浅埋隧道支护压力研究[1]”（以下简称“原文”）提出讨论性问题和意见（以下简称“讨论稿”）表示感谢,该讨论稿让笔者进一步深入学习了土压力和隧道支护问... 详细信息

首先向黎春林先生就笔者在本刊2016年第5期发表的文章“考虑主应力偏转的土体浅埋隧道支护压力研究[1]”（以下简称“原文”）提出讨论性问题和意见（以下简称“讨论稿”）表示感谢,该讨论稿让笔者进一步深入学习了土压力和隧道支护问题。此外,笔者也认真拜读了黎春林先生及其它学者在相关方向发表的研究文献[2~4],颇受启发,故形成以下答复函。

关键词：浅埋隧道隧道支护压力研究土压力讨论性滑裂面模型试验研究渐进破坏春林围岩失稳

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隧道支护钻孔机器人的研制及其动力学分析

隧道支护钻孔机器人的研制及其动力学分析

作者：洪维哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

本文课题来源于国家自然科学基金重大科研仪器研制项目:深部巷道/隧道动力灾害物理模拟试验系统,编号:51427803,对正确、深入地揭示深部巷道/隧道岩爆等类似动力灾害的形成机制和演化规律具有重要的理论和应用价值。本课题所研究的隧道... 详细信息

本文课题来源于国家自然科学基金重大科研仪器研制项目:深部巷道/隧道动力灾害物理模拟试验系统,编号:51427803,对正确、深入地揭示深部巷道/隧道岩爆等类似动力灾害的形成机制和演化规律具有重要的理论和应用价值。本课题所研究的隧道支护钻孔机器人是整个动力灾害模拟试验系统中锚杆支护和钻孔的主要装置。通过对其进行研制及动力学分析,再加上相应的控制系统以完成定位及钻孔的任务,同时预留安装插锚杆机构的位置为后续插锚杆做准备。本文首先介绍了钻岩技术的历史发展,并由此引出国内外锚杆钻机的研究现状,介绍了机械振动和定位误差分析的方法。通过对比国内外锚杆钻机的驱动形式和样式,结合具体工况和课题要求,提出了隧道支护钻孔机器人总体设计方案。包括钻头进给机构、整机支撑机构、支撑主轴、驱动方式的选择,以及驱动电机及控制电机的选型计算及整个机器人工作过程介绍。其次,本文对隧道支护钻孔机器人进行了运动学及逆运动学分析,给出了钻头的工作空间,得出了钻头的运动满足设计要求的结论;针对径向进给电机和钻头电机转速匹配问题,进行了理论推导,为实验提供了理论依据;针对钻头轴向振动这一严重影响工作稳定性的问题,提出了钻孔机器人简化的力学模型,并在理论上推导了钻孔机器人的振动方程。根据方程及振动模型受力,对支撑弹簧的参数进行了优化。并利用优化的弹簧模型结合钻头受力,对整机进行了adams振动仿真,验证了理论推导的合理性;针对细长钻头,对其进行了有预应力的模态分析,得出钻头强度和刚度满足设计要求的结论。再次,本文对控制系统进行了设计。包括控制系统总体框架、通信设计、电机控制硬件设计以及控制系统软件设计。其中电机控制硬件部分包括传感器的选型及原理介绍、步进电机及无刷直流电机的控制原理和实现。此外,重点分析了电机的定位误差,并提出了误差的来源及补偿方法。最后,本文对隧道支护钻孔机器人样机进行了现场实验,包括钻孔功能实验、振动实验、行走定位实验,得出此隧道支护钻孔机器人能满足设计要求的钻孔功能的结论,并且通过实验验证了振动分析理论的正确性以及误差补偿方法的有效性。

关键词：岩石钻孔隧道支护钻头振动分析误差补偿仿真分析

裂隙岩体隧道支护受力变形分析及锚杆参数设计建议

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公路交通科技（应用技术版） 2017年第1期13卷 104-106页

作者：刘杰贵州交通职业技术学院贵州贵阳550008

隧道穿越节理裂隙发育岩体时,支护形式、参数与节理发育产状密切相关,宜针对性设计,而不是简单的套用规范推荐参数。依托贵州独平高速公路在建隧道工程,通过数值计算分析了不同节理发育程度下结构受力变形特性,结合现场试验及监测提出... 详细信息

隧道穿越节理裂隙发育岩体时,支护形式、参数与节理发育产状密切相关,宜针对性设计,而不是简单的套用规范推荐参数。依托贵州独平高速公路在建隧道工程,通过数值计算分析了不同节理发育程度下结构受力变形特性,结合现场试验及监测提出了锚杆支护参数的设计建议。研究表明,对于独平高度公路控制性隧道工程,Ⅲ、Ⅳ级围岩可采取局部锚杆,V级围岩可取消系统锚杆,但必须施作超前小导管和锁脚锚杆。

关键词：裂隙岩体隧道支护受力变形特性节理特征锚杆参数监控量测

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隧道支护预留泡沫混凝土变形层卸压规律研究

隧道支护预留泡沫混凝土变形层卸压规律研究

作者：冯佃芝辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

如何更好地发挥隧道支护作用,进而释放围岩压力来控制围岩变形,这对于隧道工程的稳定性和安全性来说具有重要意义。本文以桐梓隧道支护工程为背景,通过室内轴压试验、相似材料模型试验与数值模拟相结合的方式,研究了设置泡沫混凝土变形... 详细信息

如何更好地发挥隧道支护作用,进而释放围岩压力来控制围岩变形,这对于隧道工程的稳定性和安全性来说具有重要意义。本文以桐梓隧道支护工程为背景,通过室内轴压试验、相似材料模型试验与数值模拟相结合的方式,研究了设置泡沫混凝土变形层对隧道围岩的卸压规律。主要内容如下:(1)制备碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)增强泡沫混凝土,使用响应面法优化实验方案配比,研究CNTs掺量、骨胶比和粉煤灰掺量等因素对试样抗压强度的影响。结果表明单因素中骨胶比对试样强度产生影响较大,CNTs掺量为0.10%时试样抗压强度最大。(2)借助SEM、EDS测试手段分析碳纳米管提高试样抗压强度的作用机理,利用数字散斑云图分析试件破坏规律,分析表明CNTs通过发挥桥联作用提高试件强度,试件的极限应变可达0.045,符合围岩卸压变形材料的要求。(3)采用对比相似模型试验的方法分析预留泡沫混凝土变形层对隧道围岩的卸压作用,分析围岩应变场与应力场的变化规律。结果说明预留变形层对隧道围岩有一定的卸压作用,提出“卸压效率”的概念来描述变形层材料的卸压效果,以二次函数拟合不同应力荷载与卸压效率的函数关系。(4)运用FLAC软件进行数值模拟。结果表明设置预留泡沫混凝土变形层,可有效控制受载后隧道围岩发生的竖向位移和水平位移,所得到的卸压效率在整体上变化趋势与相似模拟试验结果一致,但在数值上整体偏低,并对在工程应用时变形层材料厚度的设定作出修正建议。该论文有图61幅,表12个,参考文献54篇。

关键词：隧道支护泡沫混凝土碳纳米管相似模拟数字散斑数值模拟

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自旋锚管技术在软岩隧道支护中的研究与应用

自旋锚管技术在软岩隧道支护中的研究与应用

作者：周杨西安科技大学

学位级别：硕士

在软岩隧道支护中,传统的砂浆锚杆和目前应用较为广泛的中空注浆锚管均存在不能形成快速初锚力且注浆不饱满的问题。自旋注浆锚管克服现有锚杆的注浆不饱满的缺陷,旋丝刻入到岩体中形成多点接触形成摩擦锚固力。研究软岩隧道支护中的自... 详细信息

在软岩隧道支护中,传统的砂浆锚杆和目前应用较为广泛的中空注浆锚管均存在不能形成快速初锚力且注浆不饱满的问题。自旋注浆锚管克服现有锚杆的注浆不饱满的缺陷,旋丝刻入到岩体中形成多点接触形成摩擦锚固力。研究软岩隧道支护中的自旋注浆锚管技术,具有非常重大的理论意义和工程实践价值。根据自旋注浆锚管的结构特点和作用机理,对其抗拔力的计算理论进行了探讨,同时也对中空注浆锚管的锚固力进行探讨,通过理论计算分析,得出了自旋注浆锚管和中空注浆锚管各自的锚固力理论计算公式,并通过现场试验,得到自旋注浆锚管与中空注浆锚管的拉拔力实测值、注浆饱满度及拱顶下沉观测值。结合工程实例,对自旋注浆锚管、中空注浆锚管及砂浆锚杆的抗弯承载力进行推导计算,得到了各自的抗弯承载力计算公式及理论计算值。对注浆饱满并且具有初锚力的超前锚杆(自旋注浆锚管)和注浆不饱满并且没有初锚力的超前锚杆(中空注浆锚管)两种情况进行数值模拟。本文最后对比了自旋注浆锚管和中空注浆锚管的经济效益。

关键词：自旋注浆锚管隧道支护初锚力拉拔力