锚固洞室抗爆能力现场实验研究

论文摘要

随着科学技术的发展,高尖端武器可以高精度命中目标,钻地深度越来越深,爆炸强度越来越强,对地下各种防护工程结构造成了巨大的威胁。为了提高防护工程地下结构以及周围岩体对钻地武器爆炸的抗破坏能力,本文通过锚固洞室现场抗爆能力实验,数值分析和锚杆锚固性能研究,希望能够为地下结构体系的安全性问题提供一些参考,本文主要研究结果有一下几个方面:1.对比现场多炮次各种锚杆锚固洞室抗爆炸的实验,主要包括:短密锚杆支护类型;长密锚杆支护类型;常规锚杆支护类型以及网喷支护类型。从宏观破坏的现象来看,出现了洞室顶部混凝土喷层脱落或者开裂,两侧的拱脚附近会出现剪切错动裂缝,洞室顶部和拱脚位置是受爆炸影响比较严重的位置。特别在常规锚杆支护的条件下出现多根锚杆外端和垫板外混凝土喷层震落,并且从混凝土喷层开裂程度和锚杆垫板外震落的混凝土块大小、深度上看,长密锚杆段比短密锚杆段破坏程度更为严重,长密锚杆段局部钢筋网已经外露。2.对比分析了洞室顶部的竖向位移,以及相对于比例距离的关系,得到了顶部的竖向位移与跨度的比值随着各炮次的比例距离的增大而呈负指数性衰减。各位移波形规律性很好,都有一个向下的最大位移峰值和一个较小的向回弹跳的较小峰值,然后是残余位移。从最大峰值位移所对应的时间看,常规锚杆为43到47ms左右,短密锚杆和长密锚杆为39到40ms左右。从顶部的位移来看,长密锚杆支护的洞室顶部竖向位移比短密锚杆支护的洞顶竖向位移要大,说明在本实验条件下,锚杆的支护效果不一定是锚杆越长越好。分析了各炮次爆炸作用下锚杆的应变特征,得到锚杆应变的波形形式。在本实验中,对比了各个位置和不同支护类型的锚杆的应变特征,锚杆应变主要是压缩的,相对而言长密锚杆支护类型的锚杆应变比短密锚杆和常规锚杆支护的条件下锚杆的最大应变要大。本文给出了各个位置锚杆峰值的包络线,发现各个锚杆最大应变位置的情况不同。网筋的应变有着相同规律性波形。网筋的应变有拉有压,情况不一。对于各个位置加速度的分析,因位置不同,规律性表现不同,顶部位置规律性较好。加速度峰值与比例距离的关系也有指数衰减的关系。3.利用数值分析软件分析了第五炮作用下的三种锚杆锚固形式的洞室顶部竖向位移,洞室的破坏情况,锚杆的应力应变情况。从结果上看,破坏区依然是在洞顶和拱部比较严重。从锚杆支护效果上来分析,长密锚杆支护效果比短密锚杆支护的效果也略差,这与实验结果是一致的。另外,对围岩强度和爆炸比例距离对洞室顶部竖向位移的影响作了分析。4.对锚杆锚固性能做了些研究。结合理论模型分析了锚杆体系在周围岩石粘弹性作用下的应力波的传播情况,以及喷层交界面的透反射情况。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 动载对地下洞室的作用研究现状
• 1.2.1 动载对地下洞室的作用理论研究现状
• 1.2.2 动载对地下洞室的作用实验研究现状
• 1.2.3 动载对地下洞室的作用数值模拟研究现状
• 1.3 锚杆动态力学性能研究
• 1.4 现存问题
• 1.5 本文主要研究内容
• 1.6 本文创新点
• 第二章 锚固洞室抗爆能力现场实验研究介绍
• 2.1 实验洞室的周边环境及岩体条件
• 2.2 洞室扩挖
• 2.3 锚杆施工
• 2.3.1 孔位的确定
• 2.3.2 锚杆孔孔轴线角度控制
• 2.3.3 锚杆孔注浆
• 2.4 挂网和喷射砼
• 2.4.1 编钢筋网
• 2.4.2 安装垫板
• 2.4.3 喷射砼
• 2.5 洞室上方爆炸洞的开挖
• 2.6 爆炸实验阶段
• 2.6.1 测量内容
• 2.6.2 实验段爆炸坑位置的定位及药量确定
• 第三章 实验结果和分析
• 3.1 洞室宏观破坏形态
• 3.1.1 短密锚杆实验段
• 3.1.2 长密锚杆实验段
• 3.1.3 常规锚杆实验段
• 3.1.4 网喷实验段
• 3.1.5 对洞室破坏形态的小结
• 3.2 洞壁位移特征
• 3.2.1 典型位移波形
• 3.2.2 各实验段拱顶位移与比例距离之间的关系
• 3.2.3 同一实验段爆心两侧拱顶各点位移对比
• 3.2.4 本节小结
• 3.3 锚杆应变特征
• 3.3.1 典型锚杆应变波形
• 3.3.2 锚杆应变峰值对比
• 3.4 网筋应变特征
• 3.5 洞壁加速度分析
• 3.6 本章总结和建议
• 第四章 锚固洞室抗爆能力数值分析
• 4.1 LS-DYNA3D 和 FLAC3D 简介
• 4.2 理论基础
• 4.2.1 LS-DYNA 理论基础
• 4.2.2 FLAC3D 理论基础
• 4.3 模型建立
• 4.3.1 LS-DYNA3D 爆炸模型
• 4.3.2 FLAC3D 爆炸模型
• 4.4 计算结果
• 4.4.1 爆腔压力
• 4.4.2 锚杆锚固洞室数值分析
• 4.5 爆炸比例距离与洞顶竖向位移关系
• 4.6 围岩强度与洞顶竖向位移关系
• 4.7 围岩强度与锚杆受力关系
• 4.8 本章总结
• 第五章 锚杆抗爆性能分析
• 5.1 引论
• 5.2 锚杆动态性能分析模型简介
• 5.3 本章总结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果