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Case study on the mechanics of NPR anchor cable compensation for large deformation tunnel in soft rock in the Transverse Mountain area,China 被引量:1
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作者 LI Yong ZHENG Jing +3 位作者 HUO Shu-sen WANG Feng-nian HE Man-chao TAO Zhi-gang 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第6期2054-2069,共16页
A study was conducted to analyze the deformation mechanism of strongly weathered quartz schist in the Daliangshan Tunnel,located in the western Transverse Mountain area.A large deformation problem was experienced duri... A study was conducted to analyze the deformation mechanism of strongly weathered quartz schist in the Daliangshan Tunnel,located in the western Transverse Mountain area.A large deformation problem was experienced during the tunnel construction.To mitigate this problem,a support system was designed incorporating negative Poisson ratio(NPR)anchor cables with negative Poisson ratio effect.Physical model experiments,field experiments,and numerical simulation experiments were conducted to investigate the compensation mechanical behavior of NPR anchor cables.The large deformations of soft rocks in the Daliangshan Tunnel are caused by a high ground stress,a high degree of joint fracture development,and a high degree of surrounding rock fragmentation.A compensation mechanics support system combining long and short NPR anchor cables was suggested to provide sufficient counter-support force(approximately 350 kN)for the surrounding rock inside the tunnel.Comparing the NPR anchor cable support system with the original support system used in the Daliangshan tunnel showed that an NPR anchor cable support system,combining cables of 6.3 m and 10.3 m in length,effectively prevented convergence of surrounding rock deformation,and the integrated settlement convergence value remained below 300 mm.This study provides an effective scientific basis for resolving large deformation problems in deeply buried soft rocks in western transverse mountain areas. 展开更多
关键词 soft rock large deformation NPR anchor cable physical model numerical simulation compensation mechanics
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Bearing characteristics of anchor box beam support system in deep thick roof coal roadway and its application
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作者 WANG Qi WANG Ming-zi +1 位作者 JIANG Bei XU Chuan-jie 《Journal of Central South University》 2025年第5期1887-1902,共16页
Considering the characteristics of deep thick top coal roadway,in which the high ground stress,coal seam with low strength,and a large range of surrounding rock fragmentation,the pressure relief anchor box beam suppor... Considering the characteristics of deep thick top coal roadway,in which the high ground stress,coal seam with low strength,and a large range of surrounding rock fragmentation,the pressure relief anchor box beam support system with high strength is developed.The high-strength bearing characteristics and coupling yielding support mechanism of this support system are studied by the mechanical tests of composite members and the combined support system.The test results show that under the coupling effect of support members,the peak stress of the box-shaped support beam in the anchor box beam is reduced by 21.9%,and the average deformation is increased by 135.0%.The ultimate bending bearing capacity of the box-shaped support beam is 3.5 times that of traditional channel beam.The effective compressive stress zone applied by the high prestressed cable is expanded by 26.4%.On this basis,the field support comparison test by the anchor channel beam,the anchor I-shaped beam and the anchor box beam are carried out.Compared with those of the previous two,the surrounding rock convergence of the latter is decreased by 41.2%and 22.2%,respectively.The field test verifies the effectiveness of the anchor box beam support system. 展开更多
关键词 thick roof coal roadway anchor box beam bearing characteristics combined support field application
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Parameter analysis of anchor bolt support for large-span and jointed rock mass 被引量:5
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作者 李夕兵 周子龙 +1 位作者 李启月 胡柳青 《Journal of Central South University of Technology》 EI 2005年第4期483-487,共5页
In order to obtain the optimal parameters of anchor bolt supporting system for large-span and jointed rock mass in Kaiyang Phosphor Mine, it is expensive and unavailable with the method of in-situ experiments. This pa... In order to obtain the optimal parameters of anchor bolt supporting system for large-span and jointed rock mass in Kaiyang Phosphor Mine, it is expensive and unavailable with the method of in-situ experiments. This paper describes a numerical modeling with discrete element method for the supporting effects of different type of anchor bolts. The anchor bolts with variant length of 0.5m, 0.8m, 1.0m, diameter of 10mm, 15mm, 20mm, setting spacing of 3.0m, 2.5m, 2.0m, and setting angle of 10°, 20°, 30°, are simulated respectively. The results show that there exist optimal parameters of anchor bolt support for large-span and jointed rock mass. For the bolt support of the concerning, the optimal length is 2.53.5m, the diameter is 2535mm, the spacing is 0.50.6m, and the setting angle is 105°. 展开更多
关键词 jointed rock mass anchor bolt support optimal parameter
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富水砂层深基坑桩锚支护参数对邻近城市道路的影响 被引量:1
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作者 杨晓华 张天阳 王志丰 《建筑科学与工程学报》 北大核心 2025年第1期157-166,共10页
为了减小基坑开挖对邻近城市道路的影响,提高支护结构的安全性,避免过大的安全冗余,以实际工程为背景,采用FLAC3D软件建立桩-土-道路荷载共同作用的数值模型,通过与现场监测数据对比验证了模型的准确性,在此基础上分析了围护桩桩径、嵌... 为了减小基坑开挖对邻近城市道路的影响,提高支护结构的安全性,避免过大的安全冗余,以实际工程为背景,采用FLAC3D软件建立桩-土-道路荷载共同作用的数值模型,通过与现场监测数据对比验证了模型的准确性,在此基础上分析了围护桩桩径、嵌固深度、锚索锚固段长度及预应力参数变化对围护结构及邻近道路变形特性的影响。结果表明:原支护桩参数相对保守,在满足基坑稳定性要求的前提下,桩径0.8 m、嵌固深度7.5 m仍能满足道路沉降控制值要求;提升桩径和嵌固深度能有效抑制围护结构及道路变形,当嵌固深度提升至8.5 m后对基坑变形的控制效果提升不明显;该场地条件下锚索的临界锚固段长度约为12 m,锚固段长度提升对基坑外5~30 m道路范围内的沉降控制效果显著;在围护桩桩径0.8 m、嵌固深度7.5 m的条件下,预应力值在150~250 kN范围内每提升50 kN,各锚固段长度下桩体深层水平位移减小率均在同一水平(约10%);各工况下邻近道路最大沉降点出现位置与桩锚参数有关,随着围护结构变形引起的道路沉降占比逐渐减小和道路荷载引起的道路沉降占比逐渐增大,道路最大沉降发生位置有从道路邻近基坑侧边缘向道路中心移动的趋势;研究成果可以为类似工程提供参考。 展开更多
关键词 基坑 桩锚支护 邻近道路 优化分析 数值模拟
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改进黏菌算法优化TCN−LSTM−MHSA的巷道锚杆(索)应力预测模型
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作者 齐俊艳 车玉浩 +1 位作者 王磊 袁瑞甫 《工矿自动化》 北大核心 2025年第5期129-139,共11页
锚杆(索)应力的变化过程呈现明显的短期突变与长期时序依赖特征,而传统单一预测模型对长期趋势建模能力有限且对局部突变敏感性不足,往往难以全面捕捉上述复杂特征。针对该问题,提出一种基于改进黏菌算法(ISMA)优化时间卷积网络(TCN)−... 锚杆(索)应力的变化过程呈现明显的短期突变与长期时序依赖特征,而传统单一预测模型对长期趋势建模能力有限且对局部突变敏感性不足,往往难以全面捕捉上述复杂特征。针对该问题,提出一种基于改进黏菌算法(ISMA)优化时间卷积网络(TCN)−长短期记忆网络(LSTM)−多头自注意力机制(MHSA)的锚杆(索)应力预测模型。在煤矿巷道锚杆(索)应力预测问题中,模型训练过程通常涉及超参数调整、学习率选择等复杂优化任务,为提升模型的训练效率与预测精度,提出ISMA,引入邻域搜索与动态步长因子增强局部搜索能力,融合人工蜂群搜索机制提升全局搜索效率,有效增强模型跳出局部最优解的能力。TCN−LSTM−MHSA模型采用TCN提取局部时序特征,利用LSTM学习数据的长期依赖关系,通过MHSA强化对全局时序依赖的建模,从而提高模型对锚杆(索)应力的预测能力。在TCN−LSTM−MHSA模型的训练中利用ISMA对学习率进行迭代寻优,以提高模型的预测精度和速度。实验结果表明:①与黏菌算法(SMA)、遗传算法(GA)、粒子群算法(PSO)、麻雀搜索算法(SSA)相比,ISMA优化策略在多个基准函数测试中表现出更优的收敛速度与寻优能力。②在应力预测实验中,通过消融实验验证了TCN,LSTM,MHSA模块的必要性。③ISMA优化TCN−LSTM−MHSA模型在MAE,RMSE及R 2等指标上均优于BP,GRU等主流预测模型,具有更高的预测精度和稳定性。 展开更多
关键词 锚杆(索)支护 锚杆(索)应力预测 黏菌算法 时间卷积网络 长短期记忆网络 多头自注意力机制
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吸能锚杆支护设备研究现状及展望 被引量:1
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作者 肖晓春 徐政茂 +3 位作者 樊玉峰 张文萍 李子阳 陈晓燕 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期54-64,共11页
吸能支护是地下岩体工程领域中用于提高围岩稳定性和避免冲击地压等灾害发生的一种重要的防治技术。吸能支护技术的核心原理是通过特定的结构设计,使支护体系在岩体发生位移或变形时能够有效吸收或消耗能量,从而减少由冲击载荷引发的工... 吸能支护是地下岩体工程领域中用于提高围岩稳定性和避免冲击地压等灾害发生的一种重要的防治技术。吸能支护技术的核心原理是通过特定的结构设计,使支护体系在岩体发生位移或变形时能够有效吸收或消耗能量,从而减少由冲击载荷引发的工程破坏和事故。吸能锚杆是吸能支护的一种常见形式,此技术通过锚杆将表面围岩与深部稳定岩体相结合,并在围岩内部产生预应力吸收或耗散能量从而避免矿山灾害的发生。吸能锚杆这种柔性支护方式适用于多种环境的巷道支护,现已被广泛应用于矿山灾害的防治。综述自1968年以来30余种具有代表性意义的吸能锚杆设计方式,以结构和材料2大类型为切入点进行划分,着重分析8种典型吸能锚杆的工作原理与设计优势,并以此指出现有吸能锚杆支护在应用中存在的安全性与智能性等方面的不足。结合前人研究成果与目前深部矿井支护高强度与智能化等需求,提出一种智能预警负泊松比结构吸能锚杆。该锚杆利用负泊松比吸能结构实现增阻效果,具有双向恒阻吸能与双向监测预警等特性,能够满足复杂的非线性软岩巷道强阻支护、可视化预警等需求,有助于加快支护体系一体化,促进安全、智慧矿山的发展。最后,对吸能锚杆支护设备的优化革新趋势进行了展望。 展开更多
关键词 矿山灾害 巷道支护 吸能锚杆 监测预警 智慧矿山
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考虑倾角影响压力型锚索锚固段应力的近似理论分析
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作者 叶红 陶廷权 +1 位作者 李艳 陈燕平 《长江科学院院报》 北大核心 2025年第1期136-143,共8页
为了更加精确地研究压力型锚索的锚固机理,考虑平面应力状态的应力分析,基于明德林(Mindlin)理论解推导了压力型锚索锚固段注浆体所受压应力的近似理论解和锚固体与岩土层间剪应力的近似理论解,并进行了算例分析。研究结果表明:锚索倾... 为了更加精确地研究压力型锚索的锚固机理,考虑平面应力状态的应力分析,基于明德林(Mindlin)理论解推导了压力型锚索锚固段注浆体所受压应力的近似理论解和锚固体与岩土层间剪应力的近似理论解,并进行了算例分析。研究结果表明:锚索倾角与压力型锚索锚固段注浆体应力分布曲线之间存在负相关关系,锚索倾角与锚固段注浆体应力峰值之间存在幂函数关系,且锚索倾角对锚固段注浆体所受压应力和锚固体与岩土层间剪应力的影响较大。所得研究结果进一步丰富了压力型锚索锚固技术的理论研究内容,可为新型锚固技术的开发应用提供一定的参考,也为压力型锚索加固岩土体设计提供理论支撑。 展开更多
关键词 压力型锚索 Mindlin理论 应力状态 锚固机理 锚索倾角
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深埋高应力隧道软岩大变形开挖补偿控制研究
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作者 陶志刚 许闯 +2 位作者 李勇 王祥 王欢 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第1期86-97,共12页
随着中国西部地区隧道工程建设的蓬勃发展,深埋、高应力、高海拔隧道的软岩大变形灾害愈发严重,已经成为隧道灾害控制领域的研究重点和难点。位于横断山脉的大亮山公路隧道因其埋深大、断层多、突涌水、围岩强度低、地应力高等特点,隧... 随着中国西部地区隧道工程建设的蓬勃发展,深埋、高应力、高海拔隧道的软岩大变形灾害愈发严重,已经成为隧道灾害控制领域的研究重点和难点。位于横断山脉的大亮山公路隧道因其埋深大、断层多、突涌水、围岩强度低、地应力高等特点,隧道围岩大变形现象十分严重。为了探索这种类型隧道围岩大变形控制策略,提出了一种基于NPR材料的深埋隧道软岩大变形开挖补偿控制对策,为了验证其可行性和科学性,通过现场观测、室内物理模型试验与数值模拟进行深入研究。结果表明:NPR锚索可承受的最大动力冲击荷载为284.811 kN,抗冲击性能最高约为Q235锚杆的2倍,非线性吸能效果显著;NPR锚索开挖补偿控制体系能够有效调节围岩应力分布特征,及时为受开挖扰动的围岩提供补偿支护力,约束围岩塑性区扩展并吸收围岩释放的变形能;在正常与超载条件下,分别将软岩隧道围岩变形量控制在3 mm与5.8 mm以内,且无明显应力集中区域;NPR锚索开挖补偿支护体系可有效约束隧道围岩位移,最大水平位移量控制在3.35 mm以内,最大竖向位移量控制在15.21 mm以内。NPR锚索补偿开挖支护体系能够有效控制深埋高应力隧道软岩大变形灾害。 展开更多
关键词 NPR锚索 软岩隧道 大变形灾害 物理模型试验
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双向地震作用下跨断层破碎带隧道地震响应动力学试验研究
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作者 陶志刚 赵易 +3 位作者 丰于翔 张晓宇 何满潮 毛玉铤 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期637-650,共14页
通过开展大型振动台试验,研究NPR锚索支护及跨断层破碎带隧道在水平和竖向地震作用下的围岩、隧道结构、锚索的动力响应及破坏规律。研究结果表明:破碎带对地震波具有明显的放大效应,且围岩条件越差,地震响应越明显;在双向地震作用下,... 通过开展大型振动台试验,研究NPR锚索支护及跨断层破碎带隧道在水平和竖向地震作用下的围岩、隧道结构、锚索的动力响应及破坏规律。研究结果表明:破碎带对地震波具有明显的放大效应,且围岩条件越差,地震响应越明显;在双向地震作用下,模型围岩的加速度响应随埋深的增大而减小,在地基深处,Z向地震波响应显著,浅层X向地震波响应显著;在双向地震反复拉压作用下,隧道拱顶处主要受Z向地震作用影响、拱腰处主要受X向地震作用影响、拱肩处主要受XZ双向地震作用影响,因此,隧道结构在地震作用下表现出“拱肩—拱腰—拱顶”的破坏发展机制;地震作用后,隧道拱肩处产生大变形破坏,但并未发生坍塌,说明NPR锚索具有较大变形量及较强的对灾变围岩的保持能力。 展开更多
关键词 地震响应 振动台试验 NPR锚索 双向地震
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弱胶结巷道围岩全断面锚固支护时机-支护参数综合影响分析
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作者 赵增辉 杜佳泽 +1 位作者 马庆 何睿喆 《中国矿业》 北大核心 2025年第3期134-144,共11页
针对我国西部某矿区绿色矿山建设过程中巷道出现的锚杆失效、顶板垮落等问题,基于应力释放理论和FLAC3D数值模拟软件建立了全断面锚固力学模型,与理论解进行对比验证了模型的可靠性。分析了巷道开挖后围岩应力释放过程中塑性区、应力场... 针对我国西部某矿区绿色矿山建设过程中巷道出现的锚杆失效、顶板垮落等问题,基于应力释放理论和FLAC3D数值模拟软件建立了全断面锚固力学模型,与理论解进行对比验证了模型的可靠性。分析了巷道开挖后围岩应力释放过程中塑性区、应力场和位移场的演化规律;探讨了锚杆支护时机对围岩位移控制和锚杆轴力的影响,指出锚杆最佳支护时间;基于锚杆最佳支护时间讨论了锚固密度、锚固长度和锚杆预紧力对围岩位移控制的影响。研究结果表明:巷道开挖后,围岩产生过大的塑性变形是导致巷道破坏的主要原因,对巷道进行锚杆支护时主要控制围岩塑性变形;支护时机对锚固-围岩系统有显著影响,过早支护会导致锚杆轴力过大,增加锚杆破断风险;过晚支护则会导致巷道发生较大变形,影响巷道稳定性。巷道最佳支护时间为围岩应力释放率达到0.80~0.85之间。支护参数优化:提高锚杆支护密度、增大锚杆预紧力对围岩控制效果显著,而增加锚杆长度对围岩位移的约束效果并不明显。因此,对巷道进行锚杆支护时应在确定合理的支护时间的情况下选择短锚杆、高密度和高预紧力的支护方案,确保巷道稳定性和安全性。 展开更多
关键词 绿色矿山 锚杆支护时间 应力释放 全断面锚固 巷道位移控制
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主动变位索网结构体系索力识别方法及FAST工程应用
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作者 付兴 孙思源 +3 位作者 李宏男 李庆伟 李辉 任亮 《振动工程学报》 北大核心 2025年第1期135-143,共9页
为准确识别FAST索网结构体系的拉索索力,本文提出了一种可变弹性边界支承的拉索索力识别方法。建立了拉索等效单自由度模型,推导了理想铰接与弹性边界支承下拉索频率间的数学表达式,通过拉索中点、两端点的第一阶振型值对第一阶频率进... 为准确识别FAST索网结构体系的拉索索力,本文提出了一种可变弹性边界支承的拉索索力识别方法。建立了拉索等效单自由度模型,推导了理想铰接与弹性边界支承下拉索频率间的数学表达式,通过拉索中点、两端点的第一阶振型值对第一阶频率进行修正,进而提出了基于弦振动理论的主动变位索网结构体系索力识别方法;对单根拉索开展数值仿真,验证了所提方法的准确性,并开展了参数分析;通过数值仿真及现场实测对FAST索网结构进行索力识别,证明了方法的可行性和工程适用性。结果表明:数值仿真的索力识别相对误差在1%以内,现场实测的索力识别相对误差小于5%。该方法考虑了拉索的复杂边界条件,可避免求解未知边界约束刚度,拓展了传统弦振动理论的工程适用性。 展开更多
关键词 主动变位索网结构体系 可变弹性边界支承 等效单自由度体系 索力识别 频率修正
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锚索式悬浮隧道考虑跨内支撑刚度与边界刚度的涡振特性分析
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作者 易壮鹏 尹新华 +2 位作者 李宇杰 曾有艺 潘权 《振动与冲击》 北大核心 2025年第15期28-40,共13页
悬浮隧道是一种超长水下交通结构,洋流作用下考虑跨内支撑刚度与边界刚度影响的涡激振动特性研究及涡激振动幅值预测至关重要。将管节与锚索、两端边界的连接等效为刚度贴近工程实际的竖向、转动向弹性约束,建立了同时考虑这两类刚度影... 悬浮隧道是一种超长水下交通结构,洋流作用下考虑跨内支撑刚度与边界刚度影响的涡激振动特性研究及涡激振动幅值预测至关重要。将管节与锚索、两端边界的连接等效为刚度贴近工程实际的竖向、转动向弹性约束,建立了同时考虑这两类刚度影响的锚索式悬浮隧道涡激振动动力模型,采用尾流振子考虑流固耦合作用。参阅已有文献拟定悬浮隧道设计参数和约束刚度参数,讨论了各种跨内与边界刚度组合对涡激振动特性的影响。结果表明:不同管节数目时,结构具有类似的涡振规律;刚度的增大可以抑制高阶频率模态的激发;锁定区间内,振动频率在某些流速范围内可达到固有频率的1.20倍左右;涡激响应中观测到了响应幅值“断崖”式突变、模态之间能量转换、“拍”、准周期运动等非线性现象。 展开更多
关键词 锚索式悬浮隧道 涡激振动 跨内支撑刚度 边界刚度 尾流振子
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考虑杆件初偏心的弦支柱壳结构稳定性分析
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作者 姜正荣 刘小梁 +2 位作者 石开荣 苏昌旺 左志亮 《华南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期22-29,共8页
目前对考虑杆件初偏心的空间结构稳定性分析相对较少,为揭示杆件初偏心对弦支柱壳结构稳定承载力的影响规律,该文提出了以端部刚性杆来引入杆件初偏心的模拟方法,给出了刚性杆与初偏心杆件弹性模量的比值关系,在此基础上,采用随机缺陷... 目前对考虑杆件初偏心的空间结构稳定性分析相对较少,为揭示杆件初偏心对弦支柱壳结构稳定承载力的影响规律,该文提出了以端部刚性杆来引入杆件初偏心的模拟方法,给出了刚性杆与初偏心杆件弹性模量的比值关系,在此基础上,采用随机缺陷模态法,依次对理想结构和整体缺陷结构引入杆件初偏心,并进行弹塑性全过程分析,考察杆件初偏心及两种缺陷的同时施加对弦支柱壳结构非线性屈曲性能的影响。结果表明:当刚性杆的弹性模量取初偏心杆件对应数值的100倍以上时,计算结果相差较小,由此取两者弹性模量的比值为100;对理想结构引入杆件初偏心时,弦支柱壳结构的稳定承载力系数降幅不大(最大降幅为8.27%),该结构对杆件初偏心并不十分敏感,兼顾计算工作量,工程实践中可不考虑杆件初偏心的不利影响;对整体缺陷结构引入杆件初偏心时,与理想结构相比,弦支柱壳结构的稳定承载力系数明显降低(降幅最大达27.64%),但其降幅略小于两种缺陷单独引入的降幅之和,整体缺陷和杆件初偏心的同时引入,对该结构的稳定承载力存在一定程度的耦合影响,且前者的影响较为显著。 展开更多
关键词 弦支柱壳结构 杆件初偏心 整体缺陷 稳定性分析
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G3铜陵长江公铁大桥U形无内支撑预应力锚索组合围堰设计
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作者 何明辉 《世界桥梁》 北大核心 2025年第2期15-20,共6页
G3铜陵长江公铁大桥主桥采用(127.5+131+988+131+127.5)m斜拉-悬索协作体系桥。4号桥塔墩矩形-哑铃形承台平面尺寸为88.6 m×42.5 m,厚7.0 m,平均埋置深度约10 m。墩位处紧邻深切大崖壁,河床基岩基本裸露,综合考虑墩位处地形、地质... G3铜陵长江公铁大桥主桥采用(127.5+131+988+131+127.5)m斜拉-悬索协作体系桥。4号桥塔墩矩形-哑铃形承台平面尺寸为88.6 m×42.5 m,厚7.0 m,平均埋置深度约10 m。墩位处紧邻深切大崖壁,河床基岩基本裸露,综合考虑墩位处地形、地质等条件,采用靴形断面的U形无内支撑+预应力锚索组合形式的双壁钢围堰。围堰平面设计为129 m×81 m的U形开口结构,围堰上游侧长81.1 m,江心侧长129.0 m,下游侧长52.0 m,围堰顶高程+14.5 m,底高程随河床高程变化。为方便围堰制造与安装,围堰平面分为A~K共计11个节段,B~J钢结构节段竖向分为双壁侧板和单壁侧板,通过扩大基础、预应力锚索将围堰锚固在河床面上,A、K混凝土节段与钢结构节段和山体连接。采用有限元软件对围堰建模计算,围堰整体抗倾覆、抗滑移性能、受力及变形均满足要求。 展开更多
关键词 斜拉-悬索协作体系桥 桥塔墩 组合围堰 无内支撑 预应力锚索 扩大基础 结构设计
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煤矿巷道掘进锚索自动输送系统设计与仿真
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作者 马宏伟 喻祖坤 +4 位作者 王川伟 崔闻达 成家帅 郭逸风 苏浩 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第3期429-438,共10页
针对煤矿巷道掘进中锚索支护过程自动化程度低、劳动强度大等问题,提出了一种煤矿巷道掘进锚索输送系统。通过对锚索输送系统的空间布局进行参数化建模,以机械臂输送过程中锚索的弯曲半径和悬空长度为指标,利用多目标粒子群算法(MOPSO)... 针对煤矿巷道掘进中锚索支护过程自动化程度低、劳动强度大等问题,提出了一种煤矿巷道掘进锚索输送系统。通过对锚索输送系统的空间布局进行参数化建模,以机械臂输送过程中锚索的弯曲半径和悬空长度为指标,利用多目标粒子群算法(MOPSO),求解得出了锚索输送系统的最优空间布局;结合锚索输送和安装需求,设计锚索输送装置的总体结构,利用改进D-H法建立了输送装置的运动学模型并分析了工作空间;分析锚索与其输送装置之间的相互作用机理,建立锚索参数、锚索弯曲弹性力和弯管参数关系的力学模型,以及锚索输送装置的虚拟样机模型,完成了锚索输送过程动力学仿真。结果表明:锚索输送装置能够满足6000 mm×4400 mm(宽×高)巷道的支护要求;当锚索参数确定时,锚索驱动力与弯管曲率半径平方项相关,而与锚索和弯管摩擦系数呈线性关系,增大弯管曲率半径可以显著减小所需最大驱动力;为使机械臂牵引的负载最小,弯管曲率半径的取值应使得弯管入口与锚索库出口高度接近;考虑锚索输送力得到的最优空间布局为弯管曲率半径1.5 m,端面转角90°,输送装置与锚索库水平距离1.51 m。研究结果为煤矿巷道锚索支护效率的提高,锚索支护的自动化和智能化的实现提供了参考依据。 展开更多
关键词 煤矿巷道掘进 锚索自动输送装置 工作空间 虚拟样机 粒子群算法
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加载速率对ACC结构抗剪性能的影响
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作者 单仁亮 肖圣超 +4 位作者 宋威 柏皓博 李泳臻 赵鑫鹏 仝潇 《爆炸与冲击》 北大核心 2025年第6期154-166,共13页
通过试验和数值模拟分析,研究了锚索和新型管索组合结构(anchor cable with C-shaped tube,ACC)在不同加载速率下的双结构面剪切力学特性和变形破坏机制。在混凝土试块强度为55 MPa、预应力为200 kN的条件下,分别以2、10、20、30、40 mm... 通过试验和数值模拟分析,研究了锚索和新型管索组合结构(anchor cable with C-shaped tube,ACC)在不同加载速率下的双结构面剪切力学特性和变形破坏机制。在混凝土试块强度为55 MPa、预应力为200 kN的条件下,分别以2、10、20、30、40 mm/min的剪切位移加载速率进行双结构面剪切试验。试验以剪切变形曲线、结构峰值剪切荷载、钢丝破坏形态和结构面抗剪强度贡献为主要参数。结果表明:加载速率对结构的抗剪性能有显著的影响,在一定的加载速率区间内,受损伤累积速度和应变率强化效应的影响,结构分别表现出强度弱化和强度强化的特性,抗剪承载能力出现较大的变化。在结构面附近,支护结构表现出拉剪组合破坏现象,但由于ACC结构中C形管的存在,应力集中效应降低,试验曲线波动减弱,内部钢丝受剪切作用破坏的情况与锚索相比明显减弱。同时,以试验结果为基础构建的ACC结构双剪试验数值模型的准确性较高,动荷载试验的数值模拟结果表明,ACC结构形成的锚固系统具备良好的吸能效果,冲击能量越大,吸能效果越明显;且ACC结构在高速冲击作用下,表现出明显的应变率强化效应,冲击速度越高,抗剪承载能力越强。 展开更多
关键词 双结构面剪切试验 管索组合结构 变形破坏特性 冲击荷载
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巷道底板锚索扩孔注浆锚固机理及参数研究
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作者 刘少伟 张润泽 +3 位作者 侯建军 姚丙傲 付孟雄 贺德印 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第3期33-46,共14页
针对煤矿巷道软弱底板注浆锚索锚固孔扩孔参数设计问题,通过理论分析、数值模拟与实验室试验相结合的方法,探讨了扩孔直径、长度、段数及扩孔间距等扩孔参数对底板锚索锚固性能的影响,并最终明确了底板锚索锚固孔最优扩孔参数。试验结... 针对煤矿巷道软弱底板注浆锚索锚固孔扩孔参数设计问题,通过理论分析、数值模拟与实验室试验相结合的方法,探讨了扩孔直径、长度、段数及扩孔间距等扩孔参数对底板锚索锚固性能的影响,并最终明确了底板锚索锚固孔最优扩孔参数。试验结果表明:底板扩孔锚索锚固力与扩孔直径、段长均成正相关,随扩孔直径的增大其增长趋势先快后缓,随扩孔段长的增加锚固力近似线性增长;多段扩孔效果优于单段扩孔,但当段数超过3段时扩孔锚索锚固力提升不再显著;底板扩孔锚索锚固力随扩孔间距增加呈现先升后降趋势,在扩孔间距为50 mm时达到峰值;通过正交模拟选取锚固孔最优扩孔参数,并结合拉拔试验验证,最终确定最优扩孔参数为扩孔直径90 mm、段长100 mm、段数2段、扩孔间距50 mm。研究成果可为扩孔锚固技术应用于煤矿巷道底板控制提供参考。 展开更多
关键词 底板锚索 黏结失效 锚固性能 扩孔参数
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悬索桥销接式平行钢丝吊索设计研究与建议
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作者 唐贺强 肖海珠 《桥梁建设》 北大核心 2025年第3期120-125,共6页
针对悬索桥销接式平行钢丝吊索在使用过程中出现的病害,从吊索结构布置、构造设计、材料选择、计算内容等方面进行研究并给出针对性的设计建议。同一吊点吊索的肢数一般宜设计为2肢;吊索的纵向间距应考虑结构受力及施工等需要,设置为加... 针对悬索桥销接式平行钢丝吊索在使用过程中出现的病害,从吊索结构布置、构造设计、材料选择、计算内容等方面进行研究并给出针对性的设计建议。同一吊点吊索的肢数一般宜设计为2肢;吊索的纵向间距应考虑结构受力及施工等需要,设置为加劲梁横梁间距的整数倍;悬索桥主跨跨中区域宜设置柔性中央扣;跨中最短吊索的柔性段长度不宜小于1.5 m,最好不小于2 m。吊索下端与加劲梁的连接建议采用销接式;锚头可采用热铸锚;空间索面吊索及柔性段长度小于10 m的平行索面吊索,其上、下端建议设置关节轴承;吊索相关部件之间应设置合适的过盈配合与间隙配合。吊索建议采用直径5 mm系列的锌铝合金镀层钢丝;叉形耳板宜采用强度相对较低的优质钢材,避免高强度钢对应力集中敏感易形成裂纹源的问题;吊索锚杯可采用ZG20Mn低合金铸钢。吊索受力分析应考虑静载试验工况,此时钢部件应力可按屈服强度控制。 展开更多
关键词 悬索桥 销接式吊索 高强钢丝 中央扣 柔性段长度 热铸锚 桥梁设计
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悬浮隧道截面形状与系泊方式对抗冲击能力影响
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作者 徐万海 沙沐 +1 位作者 李明鎏 李航 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第7期1268-1278,共11页
水中悬浮隧道遭受突发撞击时,管体强度变化、系统可靠性以及结构动力响应十分复杂,针对悬浮隧道受到撞击后能否继续安全运营的不确定性,应用有限元对悬浮隧道损伤与运动响应进行模拟是一种非常有效的方法。本文采用ABAQUS开展了撞击作... 水中悬浮隧道遭受突发撞击时,管体强度变化、系统可靠性以及结构动力响应十分复杂,针对悬浮隧道受到撞击后能否继续安全运营的不确定性,应用有限元对悬浮隧道损伤与运动响应进行模拟是一种非常有效的方法。本文采用ABAQUS开展了撞击作用下悬浮隧道响应数值分析,构建了有限元模型;确定了模型材料及各部分单元类型;提出了管节接头的处理方式,探究了不同悬浮隧道截面形状及锚索布置方式对结构灾变的影响机制。研究结果表明:四边形截面隧道管体受撞击后管体的位移和损伤最小,是抵抗冲击最佳的形式。锚索布置方式不会影响悬浮隧道的撞击应力、应变及损伤,仅影响悬浮隧道的运动响应,其中两垂直两倾斜的系泊方式可显著限制悬浮隧道的撞击运动幅度。 展开更多
关键词 水中悬浮隧道 撞击载荷 锚索布置方式 截面形状 数值模拟 动力响应 结构损伤 应力分析
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浅埋大断面运输顺槽锚索替代单体超前加强支护研究
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作者 黄庆享 王雨凡 +4 位作者 杜君武 郭强 范东林 王生彪 高锦龙 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第1期12-25,共14页
浅埋煤层综采工作面大断面运输顺槽采用单体支柱超前加强支护,存在人员劳动强度大、效率低且不安全等问题,亟需革新超前加强支护技术,以适应矿井智能化建设的需求。为此,以哈拉沟煤矿浅埋煤层22523综采工作面的大断面运输顺槽为背景,采... 浅埋煤层综采工作面大断面运输顺槽采用单体支柱超前加强支护,存在人员劳动强度大、效率低且不安全等问题,亟需革新超前加强支护技术,以适应矿井智能化建设的需求。为此,以哈拉沟煤矿浅埋煤层22523综采工作面的大断面运输顺槽为背景,采用理论分析、数值模拟和工程实践相结合的方法,首先建立了单体支护效果评价力学模型,评估了不同巷道宽度及单体支护位置下的支护效果;然后设计了锚索替代单体超前加强支护方案及参数,并对比分析了锚索加强支护方式下使用单体支护的效果,最终验证了单体支护效果评价力学模型的可靠性。结果表明:当单体支护于巷帮0.8 m位置时,随着巷道宽度增大,其支护效果明显减弱;当巷宽小于2.7 m时,单体支护顶板挠度才减小10%以上;当巷宽大于4.0 m时,单体支护顶板挠度降低小于4%,效果微弱;超前加强支护段顶板额定支护强度为56.7 kN/m^(2),锚索超前加强支护强度为86.8 kN/m^(2),加强支护系数为1.53;对于浅埋煤层大断面运输顺槽较稳定围岩条件,锚杆锚索一次支护到位完全可满足超前加强支护要求;在22523工作面超前支承压力影响区,运输顺槽围岩安全稳定,工作面推进速度和生产效率明显提高。受一次采动影响的浅埋综采工作面大断面运输顺槽,采用锚索加强支护,替代传统单体支柱加强支护,具有明显优势,值得推广。 展开更多
关键词 浅埋煤层 回采巷道 超前加强支护 锚索支护 取消单体支柱
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