本文提出了一种具有通风降温、支挡锚固和减胀减震功能的新型框架通风锚杆冻土边坡支护结构，并阐述其工作机理。基于传热学和自然对流理论，建立新型框架通风锚杆与土体换热的计算模型，对其降温效果进行了分析；基于Winkler理论，建立冻胀和融沉阶段新型框架通风锚杆与土体相互作用的力学简化计算模型，分析冻胀和融化阶段新型框架通风锚杆受力性能。结合算例，采用提出的简化计算方法分析了新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡的热学和力学效应，并通过模型试验与理论计算对比，对所提出理论计算方法的合理性进行验证。结果表明：(1)新型框架通风锚杆能够充分发挥冷季吸收冷量冻结土体、暖季屏蔽热量保护冻土的作用，并逐年抬升冻融交界面；(2)新型框架通风锚杆支护结构支护效果良好，能够减弱土体冻胀作用，提高多年冻土边坡的稳定性；(3)所提出简化计算方法以期为新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡提供理论依据。

新型框架通风锚杆是自主研发的一种冻土边坡柔性支挡结构，具有广阔的应用前景。为了探究新型框架通风锚杆的降温效果及力学效应，设计了能够加载、变角度且可同时测得温度、水分、风速及内力的多功能冻土实验箱，并搭建了新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡的室内试验，得到了不同时期内边坡温度、水分、风速及支挡结构内力变化规律。试验结果表明：越靠近通风锚杆，土体温度和水分变化越明显，新型通风锚杆能吸收冷量并沿轴向和径向传递和扩散，具有良好的降温效果，并保持冻土边坡的冻结状态。新型通风锚杆内风速变化规律与外界风速变化较为一致，外界风速越大，新型框架通风锚杆降温效果越明显。不同时期内，新型锚杆轴力呈抛物线型变化，冻结期轴力大于融化期，且冻结期框架内力是融化期的2～3倍。研究结果可为新型框架通风锚杆的设计和工程应用提供指导。

为了研究地震作用下季节冻土区框架锚杆支护边坡体系的地震动力响应变化规律，考虑到季节冻土区边坡土体的季节分层特征，将未冻结土层处理为黏弹性Winkler地基模型，冻结层处理为中间剪切层，框架立柱处理为Euler-Bernoulli弹性梁，用线性弹簧和阻尼器来模拟锚杆锚固段与周围土体的相互作用，建立了季节冻土区框架锚杆边坡支护结构简化动力计算模型。基于D'Alembert原理并引入Dirac函数，给出了冻结期和融化期时框架-锚杆-边坡支护体系的运动方程；其次通过振型叠加法对其进一步解耦变换，并采用隐式时域逐步积分法对解耦后的体系方程组进行求解，最后将提出的计算方法应用于工程算例，且与振动台试验结果进行了对比分析。结果表明：相同地震波作用下，坡顶处加速度大于坡底，同一位置处的融化期峰值加速度比冻结期大，具有季节差异效应和高程放大效应；同时考虑冻胀和地震作用时冻结期的锚杆轴力和立柱弯矩大于地震作用时融化期的锚杆动轴力和立柱动弯矩；加速度、轴力等振动台试验结果与理论计算值在总体趋势上较为一致，即提出的计算方法能够刻画地震作用下季节冻土区框架锚杆支护结构工作状态。研究结果可为季节冻土区框架锚杆支护...

为研究不同冻结温度及含水率对冻结粉土中锚杆抗拔性能的影响,根据冻土与混凝土接触面的力学特性和变形规律,采用双曲线模型描述锚杆-冻土接触面的剪切特性。基于荷载传递法,建立考虑温度和含水率影响的锚杆荷载传递方程,采用有限差分法进行求解,得到锚固段的剪应力、轴力及承载力计算式;通过ABAQUS数值模拟验证荷载传递方程的合理性,结合算例分析表明:冻土中锚杆抗拔承载力大于常温土,且温度越低承载力越高;在相同荷载作用下,冻土温度越低,轴力沿深度衰减越快,剪应力分布越不均匀;相同冻结温度下,锚杆承载力随含水率的增大呈先增大后减小的趋势;增加锚固体直径能有效地提高锚杆的极限承载力。

针对多年冻土边坡的冻融滑塌问题,结合无动力通风技术、通风管降温技术和锚固技术,提出一种新型框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构,并阐述了新型结构的工作机理。基于通风工程和传热学理论,建立免动力加速对流锚杆与土体换热的计算模型,给出免动力加速对流锚杆的热效应理论计算方法;基于Winkler弹性地基梁理论,建立框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构与土体协同工作的计算模型,提出框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构的力学效应理论计算方法。结合算例,采用提出的理论计算方法对框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构的热-力学效应进行分析,并利用自主研发的框架免动力加速对流锚杆支护多年冻土边坡的水热力耦合分析软件对提出的理论计算方法进行验证,结果表明:(1)无动力风帽极大提升了免动力加速对流锚杆的通风能力,增大了外界冷空气与边坡内部土体之间的对流换热强度,促使多年冻土边坡内冻融交界面逐年抬升;(2)框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构减弱了边坡土体的冻胀作用,能够提高多年冻土边坡的稳定性;(3)文章提出的理论计算方法具有一定的准确性和合理性,可为框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构的设计提供理论依据。

为了给出更符合工程实际的冻土边坡稳定性计算方法,通过考察青藏高原地区多年冻土边坡滑移实例、分析其破坏类型和影响因素,提出了高陡边坡的冻融折线型滑移面,基于热平衡理论和莫尔-库伦强度理论给出了折线型的滑移面确定方法;考虑土体在冻融循环作用下抗剪强度损伤、滑移面上水的渗流作用以及气温变暖三种因素,给出了框架锚杆支护多年冻土区高陡边坡的稳定性计算方法。算例分析表明:利用直线型滑面计算的多年冻土边坡稳定性系数比折线型滑移面更小,容易造成保守设计,使用折线型滑移面更为经济;边坡开挖后10a内,冻融循环作用对稳定性的发展趋势起主导作用,10a后气温变暖发挥主要作用,渗流作用对边坡稳定性的影响较为显著,对稳定性发展趋势没有影响,但三种因素都应当在工程设计中考虑。

永城煤电集团顺和煤矿风井井筒深部冻土及风化基岩段采用锚杆钻机钻眼爆破法施工,克服了钻眼速度慢、爆破困难、冻结管易断裂等难题,提高了施工安全性,加快了施工速度,平均日成井由1.7m提高到了3.16m,同时降低了工人劳动强度。

针对多年冻土区巷道围岩的特殊性,利用锚杆支护的作用原理,确定了支护参数,提出了施工中注意的问题,并进行了效果分析。