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深部软岩巷道围岩与锚喷U型钢支护结构相互作用研究
被引量：
5
1
作者
孟庆彬
宋子鸣
+4 位作者
刘滨
黄炳香
浦海
王从凯
辛学奎
《煤炭科学技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第7期23-36,共14页
收敛-约束法(特性曲线法)是将理论解析、现场实测、工程经验相结合的一种地下工程结构设计方法,是目前分析围岩-支护相互作用关系及开展支护优化设计的常用方法。基于收敛-约束法的基本原理,总结给出了经典的支护特征与支护结构变形方程...
收敛-约束法(特性曲线法)是将理论解析、现场实测、工程经验相结合的一种地下工程结构设计方法,是目前分析围岩-支护相互作用关系及开展支护优化设计的常用方法。基于收敛-约束法的基本原理,总结给出了经典的支护特征与支护结构变形方程,理论计算获得了喷射混凝土、锚杆(索)、U型钢支架等支护结构的支护特征曲线,分析了支护结构的几何尺寸(直径、长度)、间排距、材料强度等参数对支护压力的影响特征;随着喷射混凝土厚度及强度等级的增加,喷射混凝土提供的支护刚度和支护压力逐渐增大;随着锚杆(索)直径、长度、杆体材料强度的增加及间排距的减小,锚杆的支护压力显著增加;U型钢支架的排距越小及材料强度越大,其提供的支护压力越大。采用FLAC^(3D)内嵌的莫尔库伦应变软化本构模型,建立了考虑岩石峰后应变软化与扩容特性的深部软岩巷道数值分析模型,计算获得了不同应力状态下巷道纵剖面变形曲线、围岩特征曲线,分析了锚喷、锚杆(索)喷、锚喷U型钢等3种联合支护技术对深部巷道围岩大变形控制的适用性,验证了锚喷U型钢联合支护技术应用于深部巷道支护工程的可行性。考虑岩石峰后应变软化与扩容特性的应变软化本构模型和经典的莫尔库伦本构模型的数值模拟结果相差较大,采用莫尔库伦本构模型的数值模拟结果保守,支护结构提供的支护压力无法满足深部巷道稳定性控制要求,支护后巷道围岩变形较大甚至会发生冒顶、片帮等安全事故。
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关键词
深部巷道
收敛-约束法
围岩-支护相互作用
巷道支护
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职称材料
锚杆支护吸能调控效应理论解析与数值模拟
被引量：
1
2
作者
孟庆彬
辛学奎
+2 位作者
宋子鸣
程争民
宋洋
《中南大学学报（自然科学版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第9期3426-3440,共15页
为揭示锚杆的支护吸能调控效应及巷道围岩能量场分布规律,采用理论分析、数值模拟方法研究了锚杆支护巷道围岩能量分布特征。首先,采用经典的弹塑性理论及能量守恒定律,分析了支护巷道围岩弹性变形能、耗散能和外力功之间的关系,给出了...
为揭示锚杆的支护吸能调控效应及巷道围岩能量场分布规律,采用理论分析、数值模拟方法研究了锚杆支护巷道围岩能量分布特征。首先,采用经典的弹塑性理论及能量守恒定律,分析了支护巷道围岩弹性变形能、耗散能和外力功之间的关系,给出了锚杆吸能表达式;其次,基于有限差分FLAC3D软件及内嵌的Fish语言编程,开发了能量单元模块,模拟揭示了锚固体的预应力扩散和释能特性;再次,通过单元网格遍历循环的方式计算了巷道围岩中各岩体单元的能量,获得了巷道围岩总变形能、弹性变形能和耗散能的数值及分布特征;最后,揭示了开挖与锚杆支护条件下巷道围岩能量场分布规律,从能量调控角度确定了锚杆合理的长度、间排距等支护参数。研究结果表明:锚杆主要以提高围岩体力学参数及转化吸收能量的方式来调控巷道围岩能量场的分布和耗散特征;随着锚杆间排距缩小和锚杆长度增大,巷道围岩最大耗散能密度呈降低趋势。
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关键词
锚杆支护
吸能调控
理论解答
FLAC3D数值模拟
能量模型
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职称材料
题名
深部软岩巷道围岩与锚喷U型钢支护结构相互作用研究
被引量：
5
1
作者
孟庆彬
宋子鸣
刘滨
黄炳香
浦海
王从凯
辛学奎
机构
中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室
中国科学院武汉岩土力学研究所岩石力学与工程国家重点试验室
出处
《煤炭科学技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第7期23-36,共14页
基金
国家自然科学基金资助项目(52074268,51704280)
国家重点研发计划资助项目(2021YFC2902103)。
文摘
收敛-约束法(特性曲线法)是将理论解析、现场实测、工程经验相结合的一种地下工程结构设计方法,是目前分析围岩-支护相互作用关系及开展支护优化设计的常用方法。基于收敛-约束法的基本原理,总结给出了经典的支护特征与支护结构变形方程,理论计算获得了喷射混凝土、锚杆(索)、U型钢支架等支护结构的支护特征曲线,分析了支护结构的几何尺寸(直径、长度)、间排距、材料强度等参数对支护压力的影响特征;随着喷射混凝土厚度及强度等级的增加,喷射混凝土提供的支护刚度和支护压力逐渐增大;随着锚杆(索)直径、长度、杆体材料强度的增加及间排距的减小,锚杆的支护压力显著增加;U型钢支架的排距越小及材料强度越大,其提供的支护压力越大。采用FLAC^(3D)内嵌的莫尔库伦应变软化本构模型,建立了考虑岩石峰后应变软化与扩容特性的深部软岩巷道数值分析模型,计算获得了不同应力状态下巷道纵剖面变形曲线、围岩特征曲线,分析了锚喷、锚杆(索)喷、锚喷U型钢等3种联合支护技术对深部巷道围岩大变形控制的适用性,验证了锚喷U型钢联合支护技术应用于深部巷道支护工程的可行性。考虑岩石峰后应变软化与扩容特性的应变软化本构模型和经典的莫尔库伦本构模型的数值模拟结果相差较大,采用莫尔库伦本构模型的数值模拟结果保守,支护结构提供的支护压力无法满足深部巷道稳定性控制要求,支护后巷道围岩变形较大甚至会发生冒顶、片帮等安全事故。
关键词
深部巷道
收敛-约束法
围岩-支护相互作用
巷道支护
Keywords
deep roadway
convergence-constraint method
surrounding rock-support interaction
roadway supporting
分类号
TD325.4 [矿业工程—矿井建设]
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职称材料
题名
锚杆支护吸能调控效应理论解析与数值模拟
被引量：
1
2
作者
孟庆彬
辛学奎
宋子鸣
程争民
宋洋
机构
中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室
中国矿业大学力学与土木工程学院
出处
《中南大学学报（自然科学版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第9期3426-3440,共15页
基金
国家重点研发计划资助项目(2021YFC2902103)
国家自然科学基金资助项目(52074268,51704280)
中国博士后科学基金资助项目(2021T140708)。
文摘
为揭示锚杆的支护吸能调控效应及巷道围岩能量场分布规律,采用理论分析、数值模拟方法研究了锚杆支护巷道围岩能量分布特征。首先,采用经典的弹塑性理论及能量守恒定律,分析了支护巷道围岩弹性变形能、耗散能和外力功之间的关系,给出了锚杆吸能表达式;其次,基于有限差分FLAC3D软件及内嵌的Fish语言编程,开发了能量单元模块,模拟揭示了锚固体的预应力扩散和释能特性;再次,通过单元网格遍历循环的方式计算了巷道围岩中各岩体单元的能量,获得了巷道围岩总变形能、弹性变形能和耗散能的数值及分布特征;最后,揭示了开挖与锚杆支护条件下巷道围岩能量场分布规律,从能量调控角度确定了锚杆合理的长度、间排距等支护参数。研究结果表明:锚杆主要以提高围岩体力学参数及转化吸收能量的方式来调控巷道围岩能量场的分布和耗散特征;随着锚杆间排距缩小和锚杆长度增大,巷道围岩最大耗散能密度呈降低趋势。
关键词
锚杆支护
吸能调控
理论解答
FLAC3D数值模拟
能量模型
Keywords
bolt support
energy absorption and control
theoretical explanation
FLAC3D numerical simulation
energy model
分类号
TD353 [矿业工程—矿井建设]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
深部软岩巷道围岩与锚喷U型钢支护结构相互作用研究
孟庆彬
宋子鸣
刘滨
黄炳香
浦海
王从凯
辛学奎
《煤炭科学技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
5
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
锚杆支护吸能调控效应理论解析与数值模拟
孟庆彬
辛学奎
宋子鸣
程争民
宋洋
《中南大学学报（自然科学版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
1
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职称材料
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