Stability is the main problem in underground excavations that can result in rock-related accidents or closure of mines. This is often controlled by the geological condition of the rockmass and the in situ stress field where excavation is being carried out. Over the years, conventional support systems such as bolts, shotcrete and mesh have been the standard support systems used in difficult ground conditions to maintain stability of underground openings. The novel Thin Spray Liner (TSL) is a technology with an improvement in terms of support capabilities for difficult geological conditions. This technology is predicted to replace conventional support systems, as it offers a significant yielding capacity that is better than that of the traditional techniques of controlling strata. The performance of the TSL lies between that of shotcrete and wire mesh. The TSL has numerous advantages regarding rock reinforcement such as rapid curing period, fast application, high tensile strength, high adhesion properties that prevent movement of rock keyblocks, improved cycle times, reduction in material-handling compared to shotcrete, and a significant ability to penetrate joints. These advantages increase the allowance for mechanisation and improvement of safety in excavations. Despite various benefits of TSLs, there are shortcomings which make end-users to be sceptical about the technology. This study provides a detailed review of the mechanism, properties, composition and types, as well as the general and mining applications of TSLs. It also describes the challenges faced by the mining industry and other end-users in accepting the technology as a solution for stability issues in underground openings. In addition, some insightful suggestions are made as recommendations for future work on the development of suitable, effective and efficient thin surface rock support technology within limitations/constraints.
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以大型地下洞室为背景,采用隐式锚杆柱单元模拟黏结式岩石锚杆,推导了杆体对围岩模型的附加刚度贡献模型。根据中性点理论,假定锚固体界面的剪切滑移模型,导出了锚杆与围岩相互作用下的荷载传递基本微分方程。基于三维弹塑性有限元增量法计算的围岩离散位移,采用插值拟合获得造成锚杆变形的围岩连续位移,通过求解微分方程得到锚固体界面剪应力和轴向力分布函数。将获得的锚固体剪应力采用等效附加应力模型作用于岩体,反映了锚杆的支护效应。实例分析表明,锚杆新算法能较好地模拟锚杆支护效果。获得的锚固体受力分布特征符合中性点理论,锚固体界面剪应力分为正、负两段,锚固体轴向力分布为单峰曲线。此外,新方法的计算值与实测值较为接近。 相似文献
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以大岗山水电站主厂房顶拱坍塌体的复合支护结构为研究背景,分析治理措施的加固效果。基于精细的复合衬砌结构承载力分析方法,给出各层钢拱架和喷射混凝土各自的受力状况,对塌方体复合支护结构的稳定性进行分析。研究表明,顶拱坍塌段治理后,开挖完成后增量位移量值约为90 mm,顶拱部位塑性区基本无变化,后继开挖中锚索内力变化程度较小,开挖结束后各锚索内力与张拉吨位相差不大,且均未超过设计吨位,显示出较好支护效率与安全裕度;开挖完成后,除初期支护在塌腔附近的部分喷射混凝土可能发生潜在的剪切破坏外,作为复合衬砌组主要受力部件的Ⅰ、Ⅱ期治理复合衬砌的钢拱架和喷混凝土受力状态均较为良好,整个复合衬砌组的承载力余量较大。计算结果与监测结果的吻合度良好,较好地反映出岩体变形和支护结构内力随洞室开挖的发展规律。 相似文献
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《岩土力学》2017,(Z1):439-446
采用隐式锚索单元模拟地下洞室预应力锚索,探讨了索体对岩体单元的等效附加刚度贡献。针对预应力锚索的受力过程,分别分析了预拉力和围岩变形作用下锚索锚固段的受力机制。基于两种作用下锚固段内力的叠加,提出了一种考虑锚固界面剪切滑移的预应力锚索受力分析方法。结合三维非线性有限元,给出了预应力锚索受力的一般求解步骤,然后将此锚索算法应用于乌东德水电站左岸地下厂房洞室群分期开挖。结果表明,锚索支护能够有效加固岩体,限制破坏区的发展;锚固段轴力和剪应力均在始端达到最大,沿深度方向逐渐衰减。计算得到的锚固力变化过程与实测值基本吻合,验证了该算法的合理性。 相似文献
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初始地应力场对洞室围岩稳定性的影响 总被引：3，自引：1，他引：3
邵国建 《水文地质工程地质》2003,30(6):44-48
基于施工力学分析方法,考虑岩体的宏观各向同性,建立了从施工开挖到适时支护的有限元列式,给出了模拟锚杆作用的加锚岩体组合单元模型及相关计算公式。针对影响洞室围岩稳定的主要因素,提出了基于实测点地应力的多元回归反演初始地应力场的分析方法。结合工程实例,探讨了不同初始地应力场及支护时机对洞室群围岩稳定的影响。结果表明,洞室变形量值和各洞室顶拱环向压应力均随着侧压系数增大而增大,而洞周的变形随支护时机的提前而减少,尤其是各洞室拱顶沉降位移减少更为明显。 相似文献
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正在设计施工的某大型水电站地下洞室群地质条件复杂,其开挖支护方案对围岩稳定性非常重要,因此,对支护方案进行优化研究非常必要。为更真实地模拟岩体的力学特性,研究施工过程中岩体的损伤破坏,根据不可逆热力学理论建立了弹塑性损伤模型和损伤演化方程,并编制了三维弹塑性损伤有限元程序D-FEM,具有模拟开挖与支护、计算速度快、群组功能等特点。建立大型地下洞室群三维数值模型,将通过实测地应力反演的应力作为初始地应力。采用D-FEM模拟了不同支护方案洞室群的施工过程,通过分析洞室围岩的应力、位移和破损区,支护方案2的支护效果最好,建议采用此方案。考虑岩体损伤演化后与FLAC3D塑性区相比,洞室群边墙中部的破损区显著增加,因此,程序可应用于地下工程的稳定性分析 相似文献
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大型地下洞室复杂地质断层数值模拟分析方法 总被引：13，自引：0，他引：13
根据大型地下洞室中复杂断层对围岩稳定的影响,提出了隐含断层单元的数值模拟计算方法。该方法将复杂断层单元隐含在岩体单元中,使得岩体单元的剖分不受断层切割的影响。使用这种隐含的断层单元,不但将受复杂断层切割的大型复杂地下洞室群的有限单元离散简单化,加快分析计算周期,而且能够有效地反映断层对复杂地下洞室围岩稳定的影响。通过对三峡地下厂房复杂断层结构的分析计算,证明该方法为复杂断层结构的分析提供了一种十分有效的计算方法和思路。 相似文献
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向家坝进水口高边坡系统锚杆受力状况研究 总被引：2，自引：0，他引：2
向家坝水电站进水口高边坡地质条件较好,坡形较合理,设计拟采用系统锚杆对其进行加固。由于系统锚杆作用的被动性和边坡岩体变形的非均匀性,使得不同位置的锚件的应力出现较大的差别。利用有三维弹黏塑性有限单元法对向家坝进水口边坡中系统锚杆的受力状况进行了模拟和分析,从计算结果可以清晰地看出：边坡岩体不同部位的锚杆受力与被锚岩体的位移变形有一定的关系,而且设计采用的逐步开挖逐步锚固的施工步骤,使得先期锚入的锚杆受力随着后期开挖锚固的进行而逐渐加大。其计算结果为优化设计提供了依据。 相似文献
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草峪岭隧洞3号标段软弱围岩占80%，隧洞开挖后极易发生片帮、冒顶事故。施工中通过采取超前锚杆、系统锚杆、钢拱架、喷射混凝土等联合支护形式，有效地提高了围岩的稳定性，保证了隧洞开挖的顺利进行。介绍了其支护技术及施工中的注意事项。 相似文献
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针对常规数值模拟计算无法有效地反映锚杆对围岩的加固效果的缺陷,结合岩体变形在锚杆中产生的支护压力计算公式,提出了一种简单、有效的砂浆锚杆加固等效数值模拟方法。该方法首先在有锚杆支护隧道开挖的计算结果中提取每根锚杆的最大轴力;然后根据该轴力值按锚杆支护压力公式计算其所产生的等效均布力;最后将该均布力施加到相同计算工况下无锚杆支护的围岩表面进行模拟计算。将该方法应用于锦屏二级水电站地下厂房枢纽洞室及乌东德水电站4#导流洞0+ 550 m断面的开挖与支护计算,通过与现场实测数据对比,结果表明,该方法能较好地模拟锚杆支护对围岩的加固效果,其模拟结果可为隧洞的施工与支护设计提供可靠的参考依据。 相似文献
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简要地介绍了对水工地下洞室施工中对围岩不稳定体,即碎裂岩体、松动岩体、软弱结构面、楔形体结构面等围岩喷锚支护结构的作用,喷锚支护结构的使用。 相似文献
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Composite Element Model of the Fully Grouted Rock Bolt 总被引：12，自引：1，他引：12
Summary The three dimensional elasto-viscoplastic composite element method is formulated in this paper for rock masses reinforced by a fully-grouted bolt. If a bolt segment penetrates a finite element representing the rock mass, then a composite element is formed including five sub-elements corresponding to the rock material, the grout material, the bolt material, the rock-grout interface and the bolt-grout interface. The displacements in each sub-element are interpolated from the corresponding nodal displacements of the composite element. By the virtual work principle the governing equation for the solution of the nodal displacements can be formulated. The elasto-viscoplastic characteristics of the materials are considered in the formulation. The new model can be incorporated into the conventional finite element analysis grid, in which several composite elements have fully grouted bolts embedded. In this way the mesh generation of large scale bolted rock structures becomes convenient and feasible. The model has been implemented in a FEM program, and a comparative study between the numerical analysis and a pull out field test has been carried out, from which the validity and the robustness of the new model are justified. 相似文献
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软弱围岩隧道取消系统锚杆的现场试验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
在软弱围岩隧道中,提出初期支护结构由钢架+喷射混凝土+钢筋网+锁脚锚杆+纵向连接筋组成,即取消系统锚杆用钢架联结处的锁脚锚杆代替。以包家山隧道为依托工程,采用现场试验的方法,选取2个试验段,进行锁脚锚杆取代系统锚杆后,有、无拱部锚杆的对比试验研究。对比试验的内容包括：隧道初期支护的净空收敛、围岩压力、钢架应力、喷射混凝土应力、锚杆轴力和纵向连接筋应力等。研究结果表明：2个试验段初期支护变形趋于稳定,结构受力安全,说明取消系统锚杆不影响初期支护结构的安全与稳定;拱部锚杆有受拉,也有受压,但受力都不大,最大拉应力仅为钢材极限强度的11.8%,其支护作用不明显;锁脚锚杆大部分受拉,最大值达到191 MPa,钢架支护作用明显,在支护体系中发挥着重要作用。取消系统锚杆减少了施工工序,降低了工程造价,缩短了工序循环时间,有利于及早封闭围岩以形成完整的支护结构。经济价值和社会效益显著。 相似文献
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Kolapo Peter Onifade Moshood Said Khadija Omar Amwaama Martha Aladejare Adeyemi Emman Lawal Abiodun Ismail Akinseye Praise Oluwatomisin 《Geotechnical and Geological Engineering》2021,39(8):5445-5477
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利用复合单元技术,建立节理岩体喷锚支护的弹性模型。该模型可先不考虑节理、锚杆、喷层等细部结构,生成常规有限元网格,然后根据节理、锚杆、喷层的相关信息,形成复合单元网格信息。该模型可重点考虑锚杆和喷层在节理面上的局部化非线性变形与相互作用关系。算例研究验证了模型的合理性。该复合单元算法同时包含等效模拟和离散模拟的优点,有着较好的应用前景 相似文献
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将盾构隧道管片视为分段曲梁、管片之间为铰接关系、管片与地层之间为非线性接触关系,边界采用无限元吸收地震波的反向与折射,地层服从Mohr-Coulomb弹塑性本构模型,地震波采用EI-Centro波,采用地层-结构法,应用隐式动力有限元分析地震荷载作用下管片轴力与弯矩分布情况。根据有限元计算结果,结合结构力学方法,校核管片配筋是否合理。与荷载结构法相比,其方法可模拟围岩与管片、管片与管片之间的相互关系,并可考虑锚杆等支护结构对管片受力的影响,因而,计算结果更为精确。研究为盾构隧道管片配筋优化设计,降低隧道支护成本,提供了一种管片配筋校核计算方法与设计依据。 相似文献
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Steel wire mesh held by a pattern of bolts can be used to stabilize a rock slope. Knowledge of the force-displacement response of steel mesh is essential in the design of this support system. Laboratory tests have been used to test mesh that is held to rigid steel frames. These testing conditions differ from how steel mesh is held in the field by bolts. The existing laboratory test data may underestimate the deformation and overestimate the load-bearing capacity of the steel mesh. This paper focuses on the response of the high tensile strength steel mesh held by commonly used bolt patterns. Discrete element models were used to study the force-displacement response of the steel mesh pinned by bolts. The influences of different bolt patterns and varying ratios of bolt spacing on the effectiveness of steel wire mesh were analyzed. Relationships between the resistance force of steel mesh and bolt density at various mesh deformations were developed. These relationships can help engineers choose the bolt spacing and provide an estimate of the resistance force that a steel mesh can mobilize at a desired deformation limit for a given bolt pattern. 相似文献
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以在建的穿越5•12强震区发震断裂带的广甘高速公路杜家山隧道为工程依托,选取20 m典型围岩区段为试验段,对有、无系统锚杆时的洞周位移、锚杆轴力、钢拱架内力、围岩与初支接触压力、及其二衬内力进行实测对比分析,探讨锚杆支护作用效果不明显的成因,提出了在强震区软弱破碎千枚岩隧道围岩中采用“钢喷”初期支护的支护方案。研究结果表明：设置锚杆的断面,其锚杆轴力值较小,最终洞周变形值及围岩与初支的接触压力值相对偏大,钢拱架和二衬的安全储备相对不足;锚杆的施工不仅在某种程度上加剧了对深部围岩的扰动,而且还延误了喷射混凝土和钢支撑支护对暴露围岩及时封闭的最佳时机;震后深部围岩的震裂损伤和震裂岩体地下水的渗透性增强,致使围岩松弛区域超过了锚杆设置范围,且锚杆与围岩间的黏结力被削弱。 相似文献
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