喷锚-加筋喷砼拱肋复合支护力学分析及参数优化研究
发布时间：2021-03-02 06:57
挪威等北欧国家在软弱围岩中采用喷锚-加筋喷砼拱肋复合支护结构作为永久支护,该结构具有施工方便、经济有效等优点,在实践运用中取得显著工程效应。目前,针对该结构的研究主要集中在以复合支护为单一个体进行力学分析,尚未涉及在复合支护加固作用下形成的围岩-支护联合承载体的受力变形进行解析研究,从而影响喷锚-加筋喷砼拱肋复合支护的推广应用。本文首先分别推导了联合承载体的受力、变形与承载能力的解析式,并基于此得出在不同荷载与支护参数条件下联合承载体的变形、受力以及承载能力的变化规律;最后依据联合承载体内力与径向位移解析式,研究了在不同混凝土强度、锚杆长度与间距、加筋喷砼拱肋参数条件下联合承载体的支护承载效果,并以此为结果指标进行参数优化。（1）复合支护加固机理与联合承载体承载机理研究。介绍了喷锚-加筋喷砼拱肋复合支护的组成,同时阐述了复合支护加固机理以及围岩与支护结构联合承载机理。（2）围岩-支护结构联合承载体内力和径向位移解析解推导。考虑围岩与支护的相互作用,建立了围岩-支护结构联合承载体模型,运用复合曲梁理论,推导了在均布荷载作用下围岩-支护结构复合曲梁的内力及径向位移的解析表达式。采用该解析式...
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１围岩与喷混凝土拱肋的剪切阻力支护效果图??（２）锚杆支护加固机理??
?第二章围岩－复合支护联合承载体力学分析???围岩压力达到平衡状态才结束。这时形成一个力学上稳定的隧道结构体系，在这个体系??中围岩经过复合支护加固形成围岩－支护联合承载体共同承担围岩压力，同时联合承载??体具有的柔性空间能改善联合承载体的受力状态，最大程度上发挥围岩的自承能力，将??围岩－支护的视为相互作用不可分割的统一体。??２．?２围岩－支护复合曲梁径向位移与内力求解??２．２．１基本假设与力学模型??根据隧道工程的围岩－复合支护联合承载体的特点，提出以下假设：??（１）在台阶法与全断面法施工后实际隧道工程如图２．２所示，在开挖后可认为隧道??洞室是由不同曲率连接起来的半圆形，由锚喷支护形成的围岩压缩拱可以视为曲梁结??构，而加筋喷砼拱肋支护由于混凝土的吸附、胶结作用，使围岩与复合支护结构紧密粘??结成为一体，同样也是视为半圆形，因此可将围岩压缩拱与加筋喷砼拱肋结构视为复合??曲梁结构。??（２）隧道内岩体为各向同性、均质连续的介质??１．钢纤维喷混凝土；?２．加筋喷混凝土拱肋；３．锚杆；４．围岩锚固层；５．环向钢筋；??图２．２复合支护施工断面示意图??１６??
?硕士学位论文???２．?２．?２复合曲梁径向位移控制微分方程??１．围岩压缩拱：２．加筋喷混凝土拱肋；３．混凝土喷层；?ｙ??（ａ）复合曲梁示意图?（ｂ）复合曲梁截面示意图??图２．３复合曲梁结构及其截面示意图??在隧道复合支护通过台阶法施工截图如图２．３所示；其中由锚杆加固围岩形成的围??岩压缩拱为外层围岩曲梁，其曲梁厚度弋由复合支护中系统锚杆来决定：??ｈａ?＝?Ｌ￣＼?（２．７）??其中：Ｌ为锚杆有效长度，Ｄ为锚杆间排距。由喷层与加筋拱肋形成支护结构曲梁，??同时与围岩通过混凝土的吸附、胶结作用形成复合曲梁；其曲率中心为原点ｒ－ｚ，（其??中ｚ＞）为建立在各自曲梁截面形心上的直角坐标系，〇与兄负方向。曲梁截面关于??隧道竖轴线对称并为０的起始角度，以顺时针为正方向。如、心分别为支护曲梁和围岩??承载曲梁的厚度；分别为支护曲梁和围岩承载曲梁的横截面积；办、也??分别为支护曲梁与围岩承载曲梁截面中轴线到原点〇的距离；〇为喷层与围岩接触界面??到原点０的距离；为围岩承载曲梁边界到原点〇的距离；??以复合曲梁为研宄对象，在复合曲梁上施加外部荷载％、＆，分别对支护结构曲梁??单元与围岩承载曲梁单元八进行受力分析如图２．４所示：其中围岩承载曲梁上??的切向与径向荷载集度分别为ｒ、〇？，以图中方向为正方向，且都为关于０的函数；其??中她、込、沁与风、込、凡分别表示支护结构曲梁与围岩承载曲梁截面上各自的弯矩、??剪力和轴力且也都是关于０的函数；现分别对围岩曲梁单元与支护结构曲梁单元径向与??切向方向上进行静力平衡分析，同时对曲率中心０的力矩平衡，略去高阶微量后有［３４］：??１７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于正交试验对深部巷道锚喷网支护参数的设计与优化[J]. 朱家锐,毛明发,常伟华,韩帅. 煤炭技术. 2017(12)
[2]巷道支护参数优化研究[J]. 柳晶,李根威. 煤炭技术. 2017(09)
[3]正交试验设计的应用及分析[J]. 王玄静. 兰州文理学院学报(自然科学版). 2016(01)
[4]软弱破碎围岩隧道锚喷钢架联合支护参数优化模型及工程应用研究[J]. 张卓,文竞舟,任志华. 公路隧道. 2015(03)
[5]软弱破碎围岩隧道锚喷钢架联合支护的复合拱理论及应用研究[J]. 文竞舟,杨春雷,粟海涛,宁德飚. 土木工程学报. 2015(05)
[6]混凝土强度等级对加筋拱肋支护效应影响研究[J]. 黄圣平,秦卫星,茆大炜,王勇. 科学技术与工程. 2015(06)
[7]加筋喷混凝土拱肋支护效应的数值模拟[J]. 李金山,秦卫星,盛松涛,李贺. 长江科学院院报. 2014(12)
[8]喷射混凝土钢筋肋拱支护结构与工程应用[J]. 冯梅,樊熠玮,廖成刚,侯东奇. 水电站设计. 2012(04)
[9]深部软弱围岩叠加拱承载体强度理论及应用研究[J]. 余伟健,高谦,朱川曲. 岩石力学与工程学报. 2010(10)
[10]复杂条件下回采巷道锚网索支护参数优化研究[J]. 王旭宏,王玉怀,夏欢阁,赵启峰. 中国煤炭. 2010(03)
博士论文
[1]隧道初期支护力学分析及参数优化研究[D]. 文竞舟.重庆大学 2012
[2]钢纤维喷射混凝土力学特性及其在隧道单层衬砌中的应用研究[D]. 祝云华.重庆大学 2009
硕士论文
[1]特大跨隧道支护结构变形与承载性能研究[D]. 郑维翰.北京交通大学 2018
[2]加筋喷砼拱肋—锁脚锚杆组合结构承载机制与支护效应研究[D]. 喻海涛.长沙理工大学 2016
[3]喷锚—加筋喷混凝土拱肋复合支护效应研究[D]. 黄圣平.长沙理工大学 2015
[4]加筋喷混凝土拱肋支护的结构研究及应用[D]. 李贺.长沙理工大学 2013
[5]高速铁路隧道围岩支护参数优化设计[D]. 苏丽娟.北京交通大学 2011
[6]连拱隧道复合衬砌承载能力分析及优化设计[D]. 宁培淋.广东工业大学 2008
本文编号：3058831
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１围岩与喷混凝土拱肋的剪切阻力支护效果图??（２）锚杆支护加固机理??
?第二章围岩－复合支护联合承载体力学分析???围岩压力达到平衡状态才结束。这时形成一个力学上稳定的隧道结构体系，在这个体系??中围岩经过复合支护加固形成围岩－支护联合承载体共同承担围岩压力，同时联合承载??体具有的柔性空间能改善联合承载体的受力状态，最大程度上发挥围岩的自承能力，将??围岩－支护的视为相互作用不可分割的统一体。??２．?２围岩－支护复合曲梁径向位移与内力求解??２．２．１基本假设与力学模型??根据隧道工程的围岩－复合支护联合承载体的特点，提出以下假设：??（１）在台阶法与全断面法施工后实际隧道工程如图２．２所示，在开挖后可认为隧道??洞室是由不同曲率连接起来的半圆形，由锚喷支护形成的围岩压缩拱可以视为曲梁结??构，而加筋喷砼拱肋支护由于混凝土的吸附、胶结作用，使围岩与复合支护结构紧密粘??结成为一体，同样也是视为半圆形，因此可将围岩压缩拱与加筋喷砼拱肋结构视为复合??曲梁结构。??（２）隧道内岩体为各向同性、均质连续的介质??１．钢纤维喷混凝土；?２．加筋喷混凝土拱肋；３．锚杆；４．围岩锚固层；５．环向钢筋；??图２．２复合支护施工断面示意图??１６??
?硕士学位论文???２．?２．?２复合曲梁径向位移控制微分方程??１．围岩压缩拱：２．加筋喷混凝土拱肋；３．混凝土喷层；?ｙ??（ａ）复合曲梁示意图?（ｂ）复合曲梁截面示意图??图２．３复合曲梁结构及其截面示意图??在隧道复合支护通过台阶法施工截图如图２．３所示；其中由锚杆加固围岩形成的围??岩压缩拱为外层围岩曲梁，其曲梁厚度弋由复合支护中系统锚杆来决定：??ｈａ?＝?Ｌ￣＼?（２．７）??其中：Ｌ为锚杆有效长度，Ｄ为锚杆间排距。由喷层与加筋拱肋形成支护结构曲梁，??同时与围岩通过混凝土的吸附、胶结作用形成复合曲梁；其曲率中心为原点ｒ－ｚ，（其??中ｚ＞）为建立在各自曲梁截面形心上的直角坐标系，〇与兄负方向。曲梁截面关于??隧道竖轴线对称并为０的起始角度，以顺时针为正方向。如、心分别为支护曲梁和围岩??承载曲梁的厚度；分别为支护曲梁和围岩承载曲梁的横截面积；办、也??分别为支护曲梁与围岩承载曲梁截面中轴线到原点〇的距离；〇为喷层与围岩接触界面??到原点０的距离；为围岩承载曲梁边界到原点〇的距离；??以复合曲梁为研宄对象，在复合曲梁上施加外部荷载％、＆，分别对支护结构曲梁??单元与围岩承载曲梁单元八进行受力分析如图２．４所示：其中围岩承载曲梁上??的切向与径向荷载集度分别为ｒ、〇？，以图中方向为正方向，且都为关于０的函数；其??中她、込、沁与风、込、凡分别表示支护结构曲梁与围岩承载曲梁截面上各自的弯矩、??剪力和轴力且也都是关于０的函数；现分别对围岩曲梁单元与支护结构曲梁单元径向与??切向方向上进行静力平衡分析，同时对曲率中心０的力矩平衡，略去高阶微量后有［３４］：??１７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于正交试验对深部巷道锚喷网支护参数的设计与优化[J]. 朱家锐,毛明发,常伟华,韩帅. 煤炭技术. 2017(12)
[2]巷道支护参数优化研究[J]. 柳晶,李根威. 煤炭技术. 2017(09)
[3]正交试验设计的应用及分析[J]. 王玄静. 兰州文理学院学报(自然科学版). 2016(01)
[4]软弱破碎围岩隧道锚喷钢架联合支护参数优化模型及工程应用研究[J]. 张卓,文竞舟,任志华. 公路隧道. 2015(03)
[5]软弱破碎围岩隧道锚喷钢架联合支护的复合拱理论及应用研究[J]. 文竞舟,杨春雷,粟海涛,宁德飚. 土木工程学报. 2015(05)
[6]混凝土强度等级对加筋拱肋支护效应影响研究[J]. 黄圣平,秦卫星,茆大炜,王勇. 科学技术与工程. 2015(06)
[7]加筋喷混凝土拱肋支护效应的数值模拟[J]. 李金山,秦卫星,盛松涛,李贺. 长江科学院院报. 2014(12)
[8]喷射混凝土钢筋肋拱支护结构与工程应用[J]. 冯梅,樊熠玮,廖成刚,侯东奇. 水电站设计. 2012(04)
[9]深部软弱围岩叠加拱承载体强度理论及应用研究[J]. 余伟健,高谦,朱川曲. 岩石力学与工程学报. 2010(10)
[10]复杂条件下回采巷道锚网索支护参数优化研究[J]. 王旭宏,王玉怀,夏欢阁,赵启峰. 中国煤炭. 2010(03)
博士论文
[1]隧道初期支护力学分析及参数优化研究[D]. 文竞舟.重庆大学 2012
[2]钢纤维喷射混凝土力学特性及其在隧道单层衬砌中的应用研究[D]. 祝云华.重庆大学 2009
硕士论文
[1]特大跨隧道支护结构变形与承载性能研究[D]. 郑维翰.北京交通大学 2018
[2]加筋喷砼拱肋—锁脚锚杆组合结构承载机制与支护效应研究[D]. 喻海涛.长沙理工大学 2016
[3]喷锚—加筋喷混凝土拱肋复合支护效应研究[D]. 黄圣平.长沙理工大学 2015
[4]加筋喷混凝土拱肋支护的结构研究及应用[D]. 李贺.长沙理工大学 2013
[5]高速铁路隧道围岩支护参数优化设计[D]. 苏丽娟.北京交通大学 2011
[6]连拱隧道复合衬砌承载能力分析及优化设计[D]. 宁培淋.广东工业大学 2008
本文编号：3058831
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/3058831.html
