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Stress gradient analytic solution and reasonable support prestress of roadway surrounding rock based on unified strength criterion:A case study
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作者 JING Suo-lin WEN Zhi-jie +2 位作者 ZUO Yu-jun LI Qiu-ju HAO Peng 《Journal of Central South University》 2025年第2期449-468,共20页
The stress gradient of surrounding rock and reasonable prestress of support are the keys to ensuring the stability of roadways.The elastic-plastic analytical solution for surrounding rock was derived based on unified ... The stress gradient of surrounding rock and reasonable prestress of support are the keys to ensuring the stability of roadways.The elastic-plastic analytical solution for surrounding rock was derived based on unified strength theory.A model for solving the stress gradient of the surrounding rock with the intermediate principal stress parameter b was established.The correctness and applicability of the solution for the stress gradient in the roadway surrounding rock was verified via multiple methods.Furthermore,the laws of stress,displacement,and the plastic zone of the surrounding rock with different b values and prestresses were revealed.As b increases,the stress gradient in the plastic zone increases,and the displacement and plastic zone radius decrease.As the prestress increases,the peak stress shifts toward the sidewalls,and the stress and stress gradient increments decrease.In addition,the displacement increment and plastic zone increment were proposed to characterize the support effect.The balance point of the plastic zone area appears before that of the displacement zone.The relationship between the stress gradient compensation coefficient and the prestress is obtained.This study provides a research method and idea for determining the reasonable prestress of support in roadways. 展开更多
关键词 PRESTRESS support compensation surrounding rock damage stress gradient analytic solution unified strength theory
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Numerical analysis of deformation and failure characteristics of deep roadway surrounding rock under static-dynamic coupling stress 被引量:28
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作者 WU Xing-yu JIANG Li-shuai +3 位作者 XU Xing-gang GUO Tao ZHANG Pei-peng HUANG Wan-peng 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第2期543-555,共13页
In actual production,deep coal mine roadways are often under typical static-dynamic coupling stress(SDCS)conditions with high ground stress and strong dynamic disturbances.With the increasing number of disasters and a... In actual production,deep coal mine roadways are often under typical static-dynamic coupling stress(SDCS)conditions with high ground stress and strong dynamic disturbances.With the increasing number of disasters and accidents induced by SDCS conditions,the safe and efficient production of coal mines is seriously threatened.Therefore,it is of great practical significance to study the deformation and failure characteristics of the roadway surrounding rock under SDCS.In this paper,the effects of different in-situ stress fields and dynamic load conditions on the surrounding rock are studied by numerical simulations,and the deformation and failure characteristics are obtained.According to the simulation results,the horizontal stress,vertical stress and dynamic disturbance have a positive correlation with the plastic failure of the surrounding rock.Among these factors,the influence of the dynamic disturbance is the most substantial.Under the same stress conditions,the extents of deformation and plastic failure of the roof and ribs are always greater than those of the floor.The effect of horizontal stresses on the roadway deformation is more notable than that of vertical stresses.The results indicate that for the roadway under high-stress conditions,the in-situ stress test must be strengthened first.After determining the magnitude of the in-situ stress,the location of the roadway should be reasonably arranged in the design to optimize the mining sequence.For roadways that are strongly disturbed by dynamic loads,rock supports(rebar/cable bolts,steel set etc.)that are capable of maintaining their effectiveness without failure after certain dynamic loads are required.The results of this study contribute to understanding the characteristics of the roadway deformation and failure under SDCS,and can be used to provide a basis for the support design and optimization under similar geological and geotechnical circumstances. 展开更多
关键词 static-dynamic coupling stress(SDCS) deep roadway surrounding rock stability numerical simulation roadway deformation plastic failure of surrounding rock
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Influence of underground water seepage flow on surrounding rock deformation of multi-arch tunnel 被引量:11
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作者 李夕兵 张伟 +1 位作者 李地元 王其胜 《Journal of Central South University of Technology》 EI 2008年第1期69-74,共6页
Based on a typical multi-arch tunnel in a freeway, the fast Lagrangian analysis of continua in 3 dimensions(FLAC3D) was used to calculate the surrounding rock deformation of the tunnel under which the effect of underg... Based on a typical multi-arch tunnel in a freeway, the fast Lagrangian analysis of continua in 3 dimensions(FLAC3D) was used to calculate the surrounding rock deformation of the tunnel under which the effect of underground water seepage flow was taken into account or not. The distribution of displacement field around the multi-arch tunnel, which is influenced by the seepage field, was gained. The result indicates that the settlement values of the vault derived from coupling analysis are bigger when considering the seepage flow effect than that not considering. Through the contrast of arch subsidence quantities calculated by two kinds of computation situations, and the comparison between the calculated and measured value of tunnel vault settlement, it is found that the calculated value(5.7-6.0 mm) derived from considering the seepage effect is more close to the measured value(5.8-6.8 mm). Therefore, it is quite necessary to consider the seepage flow effect of the underground water in aquiferous stratum for multi-arch tunnel design. 展开更多
关键词 multi-arch tunnel underground water seepage flow coupling flow and stress surrounding rock deformation vault settlement
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Chaotic time series prediction for surrounding rock's deformation of deep mine lanes in soft rock 被引量:2
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作者 李夕兵 王其胜 +1 位作者 姚金蕊 赵国彦 《Journal of Central South University of Technology》 2008年第2期224-229,共6页
Based on the measured displacements,the change laws of the effect of distance in phase space on the deformation of mine lane were analyzed and the chaotic time series model to predict the surrounding rocks deformation... Based on the measured displacements,the change laws of the effect of distance in phase space on the deformation of mine lane were analyzed and the chaotic time series model to predict the surrounding rocks deformation of deep mine lane in soft rock by nonlinear theory and methods was established.The chaotic attractor dimension(D) and the largest Lyapunov index(Emax) were put forward to determine whether the deformation process of mine lane is chaotic and the degree of chaos.The analysis of examples indicates that when D>2 and Emax>0,the surrounding rock's deformation of deep mine lane in soft rock is the chaotic process and the laws of the deformation can still be well demonstrated by the method of the reconstructive state space.Comparing with the prediction of linear time series and grey prediction,the chaotic time series prediction has higher accuracy and the prediction results can provide theoretical basis for reasonable support of mine lane in soft rock.The time of the second support in Maluping Mine of Guizhou,China,is determined to arrange at about 40 d after the initial support according to the prediction results. 展开更多
关键词 deformation prediction mine lane in soft rock surrounding rock CHAOS time series
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Blasting cumulative damage effects of underground engineering rock mass based on sonic wave measurement 被引量:5
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作者 闫长斌 《Journal of Central South University of Technology》 EI 2007年第2期230-235,共6页
The principle of sonic wave measurement was introduced, and cumulative damage effects of underground engineering rock mass under blasting load were studied by in situ test, using RSM-SY5 intelligent sonic wave apparat... The principle of sonic wave measurement was introduced, and cumulative damage effects of underground engineering rock mass under blasting load were studied by in situ test, using RSM-SY5 intelligent sonic wave apparatus. The blasting test was carried out for ten times at some tunnels of Changba Lead-Zinc Mine. The damage depth of surrounding rock caused by old blasting excavation (0.8-1.2 m) was confirmed. The relation between the cumulative damage degree and blast times was obtained. The results show that the sonic velocity decreases gradually with increasing blast times, hut the damage degree (D) increases. The damage cumulative law is non-linear. The damage degree caused by blast decreases with increasing distance, and damage effects become indistinct. The blasting damage of rock mass is anisotropic. The damage degree of rock mass within charging range is maximal. And the more the charge is, the more severe the damage degree of rock mass is. The test results provide references for researches of mechanical parameters of rock mass and dynamic stability analysis of underground chambers. 展开更多
关键词 sonic wave measurement cumulative damage effects damage degree blasting load surrounding rock of underground engineering RSM-SY5 intelligent sonic wave apparatus
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上软下硬地层大跨暗挖地铁车站拱盖法施工力学效应研究 被引量:2
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作者 麻凤海 张雨 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期52-61,共10页
为研究上软下硬地层大跨暗挖地铁车站拱盖法施工的力学效应,以大连地铁4号线东南山站为研究背景,采用数值模拟和现场监测相结合的方法,运用MIDAS-GTS/NX有限元软件,研究地铁车站拱盖法施工全程的围岩变形及稳定性并与现场实测数据对比... 为研究上软下硬地层大跨暗挖地铁车站拱盖法施工的力学效应,以大连地铁4号线东南山站为研究背景,采用数值模拟和现场监测相结合的方法,运用MIDAS-GTS/NX有限元软件,研究地铁车站拱盖法施工全程的围岩变形及稳定性并与现场实测数据对比分析。研究结果表明:地表沉降由车站中线向两侧逐渐递减,影响区域约为车站开挖跨度的2倍;围岩变形和应力具有明显对称性,拱部围岩以沉降为主,高边墙以隆起为主,拱部跨中向隧道净空入侵,大拱脚向围岩入侵;围岩最大主应力均为压应力,拱脚尖角部位存在应力集中现象;围岩塑性区作用位置随车站施工不断变化,最终集中作用于高边墙位置处;通过Peck公式预测地表沉降,验证在上软下硬地层中采用拱盖法施工的可行性,为实际工程施工提供参考。 展开更多
关键词 暗挖地铁车站 拱盖法施工 围岩变形 Peck沉降预测 围岩塑性区 围岩最大主应力
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煤基固废泡沫充填材料性能及空巷群围岩控制
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作者 孙强 赵瑞 +2 位作者 周楠 高嘉良 袁辉 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第6期327-342,共16页
工作面过空巷是煤矿井下生产过程中普遍面临的工程问题,空巷地质条件赋存复杂且密集时,易导致围岩失稳、支架空顶作业、支架漏底等问题,影响工作面安全高效生产。以鲍店煤矿5316综放工作面过空巷群为研究背景,采用理论分析、实验室测试... 工作面过空巷是煤矿井下生产过程中普遍面临的工程问题,空巷地质条件赋存复杂且密集时,易导致围岩失稳、支架空顶作业、支架漏底等问题,影响工作面安全高效生产。以鲍店煤矿5316综放工作面过空巷群为研究背景,采用理论分析、实验室测试、物理相似模拟及现场实测等方法,研究了水泥泡沫材料、粉煤灰泡沫材料及矸石泡沫材料性能及优势配比,工作面过空巷群围岩变形规律及控制效果。结果表明:发泡剂稀释倍数20倍、水灰质量比0.5、稳泡剂掺量为1%、发泡剂掺量1.0%、石膏掺量7%时,水泥泡沫充填材料28 d试样强度可达1.72 MPa;矸石粒径0~0.3 mm、掺量30%时,矸石泡沫充填材料28 d试样强度可达1.53 MPa;粉煤灰掺量30%时,粉煤灰泡沫充填材料28 d试样强度可达1.13 MPa。提出了以煤基固废泡沫材料充填、补强锚索与U型钢梁加强支护为主的空巷群围岩控制技术方法,并给出了煤基固废泡沫材料空巷充填技术原理及加强支护主要参数设计,通过物理相似模拟试验研究了不同层位空巷群围岩应力峰值变化范围为16.9~26.5 MPa,应力集中系数变化范围为1.61~2.53,同层空巷顶板最大下沉值介于300~400 mm,下伏空巷顶板最大下沉值介于200~300 mm,且空巷交叉处易产生应力集中,变形量较大。工作面开采期间空巷群围岩表面位移、煤岩体(充填体)应力、顶板离层及锚杆(索)载荷、支架工作阻力等现场监测数据显示,整体空巷围岩变形量控制效果较好,实现了工作面安全高效生产。 展开更多
关键词 空巷 泡沫充填材料 物理模拟 围岩变形 应力分布
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基于机器学习的巷道围岩变形融合分析及预测模型
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作者 王猛 袁春玉 +4 位作者 李鑫磊 胡超 袁瑞甫 尚栋煌 王成 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第4期75-91,共17页
为解决巷道变形预测和破坏区定位困难等问题,建立了多重扰动底抽巷围岩数值分析模型,选取围岩强度、侧压系数等地质参数,巷道断面尺寸、抽采钻孔、支护强度等开采参数作为研究对象,获取了多因素扰动下底抽巷顶板变形数据集,采用随机森... 为解决巷道变形预测和破坏区定位困难等问题,建立了多重扰动底抽巷围岩数值分析模型,选取围岩强度、侧压系数等地质参数,巷道断面尺寸、抽采钻孔、支护强度等开采参数作为研究对象,获取了多因素扰动下底抽巷顶板变形数据集,采用随机森林、极端随机树、GBDT、XGBoost等机器学习算法,分别建立了单一基学习器巷道变形预测模型,以弹性网算法为元学习器,利用Stacking融合方法,对不同基学习器输出模型进行了融合处理,构建了多重扰动底抽巷围岩变形融合预测模型,评价了各特征因素对巷道变形的抑促效应,识别了影响底抽巷围岩稳定的主控因素。以赵固二矿14040运输巷底抽巷为工程背景,利用建立的巷道变形预测模型,以巷道实际生产地质条件和开采参数作为输入项,通过设置巷道期望变形量,逆向运算并输出了试验巷道建议支护强度,并指导了现场巷道支护设计及关键参数确定。现场应用结果表明,采用建议支护强度后,巷道实测变形值处于决策模型规定的允许范围内,顶板变形量仅为原支护的52%,有效控制了巷道围岩大变形。基于机器学习建立的巷道变形预测模型为巷道稳定维护提供了一条新途径,促进了煤矿巷道智能运维技术的发展。 展开更多
关键词 巷道变形 机器学习 预测模型 智能运维 围岩控制
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长水机场下穿隧道悬臂掘进机施工路径规划及围岩损伤特征分析
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作者 薛亚东 张庆雨 +3 位作者 郭永发 丁文云 杨进京 康殿海 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第6期1076-1089,共14页
针对大断面机场下穿隧道施工中爆破法扰动围岩的技术难题,以渝昆高铁长水机场隧道为依托,提出基于悬臂掘进机法的低扰动施工路径规划与围岩损伤演化分析方法。基于FLAC3D软件构建三维数值模型,采用分块多步开挖法模拟悬臂掘进机渐进开... 针对大断面机场下穿隧道施工中爆破法扰动围岩的技术难题,以渝昆高铁长水机场隧道为依托,提出基于悬臂掘进机法的低扰动施工路径规划与围岩损伤演化分析方法。基于FLAC3D软件构建三维数值模型,采用分块多步开挖法模拟悬臂掘进机渐进开挖过程,通过渐进释放围岩荷载,精确表征机械开挖的低扰动特性。结合现场松动圈测试与孔内光学摄像,构建数值模拟与工程实测的交叉验证机制,重点分析悬臂掘进机施工路径及Ⅲ—Ⅴ级围岩条件下位移场、应力场及塑性区的时变特性。研究表明:1)分块多步开挖法可有效模拟悬臂掘进机渐进式开挖特性,数值模拟结果与现场测试数据吻合度高,证实了该方法的科学性及适应性。2)相比于常规掘进路径,分块掘进路径可降低Ⅴ级围岩的拱顶沉降21.7%,有效控制围岩变形。3)围岩损伤特征呈现显著等级相关性,Ⅲ、Ⅳ级围岩损伤集中于隧道轮廓附近,塑性区以拉伸破坏为主;而Ⅴ级围岩损伤范围扩大,剪切破坏占比显著增加。 展开更多
关键词 悬臂掘进机 机场下穿隧道 围岩损伤 松动圈测试 数值模拟 路径规划
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极高地应力条件下光面爆破围岩损伤规律研究
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作者 黄永辉 占宇飞 +2 位作者 张洪波 李清林 阮迅 《振动与冲击》 北大核心 2025年第6期104-112,共9页
针对深埋隧道开挖过程中存在极高地应力的情况,为研究地应力对光面爆破围岩损伤产生的影响,采用基于ANSYS/LS-DYNA软件的数值模拟方法,通过结构化网格-有限元-粒子流耦合算法(structured mesh-finite element-particle flow coupling al... 针对深埋隧道开挖过程中存在极高地应力的情况,为研究地应力对光面爆破围岩损伤产生的影响,采用基于ANSYS/LS-DYNA软件的数值模拟方法,通过结构化网格-有限元-粒子流耦合算法(structured mesh-finite element-particle flow coupling algorithm,S-FEM-SPH)进行三维模拟。研究在双向等值地应力0~40 MPa条件下的光面爆破围岩损伤规律,研究结果表明:边帮和顶板处的围岩损伤度根据爆心距的变化分为水平直线阶段和反“S”型曲线下降阶段;在反“S”型曲线下降阶段,距离爆心距中间位置的围岩,损伤度随爆心距的下降速率大;地应力对边帮和顶板处的围岩损伤均有影响,但对边帮处围岩损伤的影响大于顶板处,当地应力大于20 MPa时影响更加明显;通过对比边帮和顶板处有效塑性应变和围岩损伤深度随地应力的变化规律,从而验证了围岩损伤深度随地应力增加呈现先减小后增大变化规律的正确性。 展开更多
关键词 数值模拟 光面爆破 极高地应力 围岩损伤 S-FEM-SPH算法
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煤岩斜巷穿层掘进长短锚索协同支护及围岩控制机理研究
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作者 尹博 王睿 +3 位作者 张连昆 杨俊峰 李先峰 杨瑞宙 《金属矿山》 北大核心 2025年第2期13-23,共11页
为解决浅埋多煤层斜巷穿层掘进过程中软硬复合顶板变形大、易离层、支护难等问题,以淖尔壕煤矿2-3煤辅运斜巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场实测相结合的研究方法,通过对比分析无支护和现有支护条件下巷道围岩塑性区及软硬复... 为解决浅埋多煤层斜巷穿层掘进过程中软硬复合顶板变形大、易离层、支护难等问题,以淖尔壕煤矿2-3煤辅运斜巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场实测相结合的研究方法,通过对比分析无支护和现有支护条件下巷道围岩塑性区及软硬复合顶板易离层区特征,发现现有支护参数下仍不能有效预防局部冒顶发生,为此提出了长短锚索协同支护优化设计方案。结果表明:煤岩斜巷穿层掘进中,当距离软硬复合顶板较近时,巷道受剪切破坏与张拉破坏共同作用,导致围岩塑性区探入顶板离层区内,极易引发冒顶。另外,按照等长锚索布置时,虽可提高支护效果,但塑性破坏区范围未完全处于锚杆、锚索的锚固范围内,仍存有冒顶事故发生可能。根据斜巷掘进层位与局部冒顶易发区的复合顶板特征将现有支护的等长锚索布置方式变为长、短锚索相间布置后,顶板下沉量进一步减小至40 mm,塑性区范围处于锚杆、锚索支护范围内。长短锚索协同支护优势在于长锚索锚固端若处不稳定岩层,则以短锚索补强,确保始终存在锚固与稳定岩层中的锚索。从而有效控制围岩,防止冒顶事故的发生。结合现场监测分析结果,巷道围岩变形明显减小,稳定性升高,可以有效地提高巷道的稳定性和安全性。研究结果将为巷道围岩稳定性分析及巷道穿层支护设计提供参考依据。 展开更多
关键词 浅埋多煤层 穿层掘进 围岩变形 局部冒顶 协同支护
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上覆采空区隧道注浆加固参数设计与应用
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作者 包龙生 刘德罡 +1 位作者 齐阳 吴凤元 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期385-394,共10页
针对隧道上覆采空区岩体引发冒顶、坍塌等工程安全问题,以本桓高速长梁子隧道上覆采空区为工程背景,通过数值模拟方法分析不同注浆加固范围和厚度对隧道围岩的影响。研究结果表明:上覆采空区改变了隧道围岩应力分布。与无采空区工况相比... 针对隧道上覆采空区岩体引发冒顶、坍塌等工程安全问题,以本桓高速长梁子隧道上覆采空区为工程背景,通过数值模拟方法分析不同注浆加固范围和厚度对隧道围岩的影响。研究结果表明:上覆采空区改变了隧道围岩应力分布。与无采空区工况相比,拱底隆起位移增加12.6%,拱脚收敛位移增加14.3%,拱顶沉降位移虽减少13.4%,但塑性区发展贯通的可能性增大。采用注浆加固可有效减小围岩变形。注浆范围为150°、注浆厚度为2 m时,加固效果最佳。加固后,拱底隆起、拱脚收敛和拱顶沉降位移分别下降33.2%、35.7%和36.1%,拱顶处主应力下降44.9%,塑性区范围显著缩小。研究结论为上覆采空区隧道的设计与施工提供依据。 展开更多
关键词 上覆采空区 隧道围岩 注浆加固 超前管棚 围岩变形 围岩应力
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Ⅴ级围岩全断面扩挖隧道的二次衬砌支护时机
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作者 杨俊 秦艺源 +2 位作者 谢支钢 丁雪菲 梁勇 《江苏大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期205-211,共7页
为了研究既有Ⅴ级围岩隧道扩挖的二次衬砌支护时机,利用Midas GTS有限元数值模拟方法,建立有限元数值模拟模型,引入荷载释放率和位移释放率的概念,结合木鱼槽隧道扩挖工程实例,将数值模拟数据与监控实测数据进行对比分析.研究结果表明:... 为了研究既有Ⅴ级围岩隧道扩挖的二次衬砌支护时机,利用Midas GTS有限元数值模拟方法,建立有限元数值模拟模型,引入荷载释放率和位移释放率的概念,结合木鱼槽隧道扩挖工程实例,将数值模拟数据与监控实测数据进行对比分析.研究结果表明:相较新建隧道,既有隧道扩挖过程中变形量较小,且变化速率较慢;随着掌子面的不断向前推进,荷载释放率和位移释放率均不断增大,并最终达到稳定;随着二次衬砌荷载承担比例的增大,拱顶沉降和水平位移均有一定程度的减小,证明在隧道扩挖过程中,二次衬砌的提前施作有利于控制围岩变形;衬砌施作完成后变形仍会继续发生,需要后续的监控数据及时进行反馈,以保证隧道安全,同时还可以得到既有公路隧道扩挖过程中的以荷载释放率和位移释放率为控制指标的二次衬砌合理支护时机. 展开更多
关键词 隧道 全断面扩挖 二次衬砌施作时机 围岩变形 数值模拟
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末采期间覆岩破断特征及主回撤通道稳定性研究
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作者 肖江 王怡辉 +3 位作者 孙亚超 陈航挺 李德桃 张博源 《煤炭工程》 北大核心 2025年第4期108-115,共8页
针对末采期间厚硬基本顶破断影响巷道稳定性的问题,以凉水井煤矿42206工作面为工程背景,运用物理相似模拟试验、理论分析和数值模拟等综合研究方法,在分析末采期间覆岩垮落规律、力学传递机制、应力演化特征影响因素的基础上,采用切顶... 针对末采期间厚硬基本顶破断影响巷道稳定性的问题,以凉水井煤矿42206工作面为工程背景,运用物理相似模拟试验、理论分析和数值模拟等综合研究方法,在分析末采期间覆岩垮落规律、力学传递机制、应力演化特征影响因素的基础上,采用切顶协同控制技术,以实现贯通主回撤通道时基本顶在预想位置破断,保证围岩稳定性的目的。结果表明:基本顶破断位置影响支撑压力大小呈现出“支架后方<巷道上方<实体煤上方”的规律;对比数值模拟研究采用切顶调压可改变基本顶破断位置为支架后方时,主回撤通道围岩应力状态、通道间煤柱裂隙、塑性区范围均处于较小值,保证了贯通期间通道围岩稳定性。 展开更多
关键词 覆岩破断 回撤通道 围岩变形 Voronoi块体 切顶调压
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深部动压巷道卸-固协同控制技术研究
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作者 王书刚 熊怀鑫 +4 位作者 孙利辉 刘亮平 白忠 龙亚鑫 秦宇坤 《煤炭工程》 北大核心 2025年第6期57-66,共10页
针对深部动压巷道受高原岩应力、强烈采动应力的双重叠加扰动影响,巷道围岩频繁发生大变形、支护结构失效、反复维修等问题。以云驾岭矿八采区运输平巷受12805下工作面采动影响为工程背景,通过理论分析、岩石力学实验、数值模拟、现场... 针对深部动压巷道受高原岩应力、强烈采动应力的双重叠加扰动影响,巷道围岩频繁发生大变形、支护结构失效、反复维修等问题。以云驾岭矿八采区运输平巷受12805下工作面采动影响为工程背景,通过理论分析、岩石力学实验、数值模拟、现场监测等方法,研究动压扰动下巷道变形破坏规律,分析采动影响下巷道围岩大变形机理,提出扰动源巷道切顶卸压+动压扰动巷道“双壳”加固的联合治理技术。研究结果表明:深井巷道受高应力场和工作面动压扰动等双重叠加应力扰动影响,巷道围岩结构发生不可逆性强度损伤,围岩体应力强度普遍下降,导致动压巷道支护结构大面积失效,巷道围岩发生大变形破坏;扰动源巷道采用切顶卸压后,工作面侧向支承压力影响范围和应力传递强度均大幅度减小,为动压区巷道加强支护提供了稳定的应力环境,动压巷道采用双壳支护后,巷道破碎区岩体强度得到提高,围岩承载能力得到加强,抑制了动压巷道的变形破坏。现场试验结果表明:动压巷道围岩变形量控制在220 mm以内,锚杆(索)最大受力为极限破断力的54.7%,动压巷道围岩变形得到有效控制,锚杆(索)受力均在合理范围内,扰动源切顶卸压+动压巷道“双壳”支护的联合治理方案现场应用效果良好。 展开更多
关键词 开采扰动 循环加卸载 围岩大变形 切顶卸压 双壳支护
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煤炭开采地质体复合损害与减损保障 被引量:2
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作者 王双明 孙强 +8 位作者 胡鑫 耿济世 侯恩科 王生全 周书涛 师庆民 袁士豪 陈凯 宋世杰 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第1期1-11,共11页
【目的和背景】煤炭长期处于我国主体能源地位。随着近年开采规模和强度的增大,煤炭开采区岩石、土壤、水圈、生态环境的关联程度得到强化,急需从地球系统科学的理念出发,理解煤炭安全开采和绿色开采中围岩移动变形、冲击地压、煤与瓦... 【目的和背景】煤炭长期处于我国主体能源地位。随着近年开采规模和强度的增大,煤炭开采区岩石、土壤、水圈、生态环境的关联程度得到强化,急需从地球系统科学的理念出发,理解煤炭安全开采和绿色开采中围岩移动变形、冲击地压、煤与瓦斯突出、涌突水、地面沉陷、水土流失、生态环境损害等之间的耦合关系和链生特征。【方法和结果】提出基于地质结构控制和岩体结构采动响应的地质体复合损害科学研究内容、关键问题与减损地质保障思路,包括:(1)开展煤矿区煤−岩−水−土−生态圈层组合关系与动态响应特征研究,剖析复合损害形成的地质基础条件,厘清开发背景下各圈层采前、采中、采后地质条件动态演化特征,建立煤−岩−水−土−生态环境动态耦合演化模型。(2)建立复合损害协同驱动模型,精准识别量化各要素的关键状态参量,查明损害类型及其主控因素,揭示采动多场耦合响应规律与复合损害演化过程。(3)基于煤炭开采下多圈层损害之间的关联性,关注复合损害动态演化过程与对应关键状态参量变化,建立煤矿区复合损害协同预测监测与防控体系。(4)构建“五体系一平台”(精准勘探体系、智能感知体系、快速解译体系、风险评估体系、工程减损体系和采动复合损害综合分析平台),科学分析煤炭埋藏条件、岩体结构条件、水文地质条件、生态环境条件等自然因素及岩−水−土−生态环境多圈层响应规律等地质信息,实现地质结构条件透明化、评价模型及方法有效化、煤炭开发模式优选化、风险动态预测超前化、地质保障策略科学化。煤矿围岩复合损害地质保障研究能够为煤炭减损开采提供科学指导,服务煤炭绿色安全开采与生态环境保护。 展开更多
关键词 岩体形变 多圈层响应 复合损害 时空演化 地质减损 煤炭
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综放工作面过空巷超前支护技术研究与应用 被引量:2
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作者 王栋晨 孙华清 +6 位作者 冯伟斌 王代峰 秦艳华 陈井龙 吕金龙 李然 曹峰 《中国煤炭》 北大核心 2025年第1期132-145,共14页
在遗煤复采过程中,工作面前方常存在与其推进方向交叉的空巷,为提高过空巷时辅运巷和回风巷围岩的安全稳定,实现煤炭的安全高效开采,在长壁放顶煤过空巷的开采基础上,结合SolidWorks、Rhino-Griddle、FLAC 3D软件,建立了液压支架支护、... 在遗煤复采过程中,工作面前方常存在与其推进方向交叉的空巷,为提高过空巷时辅运巷和回风巷围岩的安全稳定,实现煤炭的安全高效开采,在长壁放顶煤过空巷的开采基础上,结合SolidWorks、Rhino-Griddle、FLAC 3D软件,建立了液压支架支护、锚杆支护、锚杆+支架支护这3种不同的超前支护方式,对比分析了3种超前支护方式对围岩矿压及变形的影响,并给出了最优支护方式,同时探讨了过空巷时液压支架的承载特征。研究结果表明,邻近空巷时,液压支架支护方式能有效分担两帮压力和控制围岩变形,但在巷道顶部会出现开采扰动和空巷的应力叠加;锚杆支护方式通过破坏围岩的几何形态对两者的叠加效果进行了有效减弱,但围岩变形控制较差;锚杆+支架支护方式综合两者优势,支护效果最好。 展开更多
关键词 综放工作面 超前支护 过空巷 围岩变形 数值模拟
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深部高应力下花岗岩力学损伤的孔隙水压影响 被引量:1
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作者 云丽 张志龙 +2 位作者 刘洋 张安林 张朝鹏 《实验室研究与探索》 北大核心 2025年第1期158-163,共6页
为探究深地原位环境下孔隙水压力对岩样损伤破坏过程的影响机制,对花岗岩岩样开展了一系列三轴压缩实验,并从力学损伤和能量角度对实验数据进行分析。研究表明,孔隙水压力的劈裂和软化作用显著降低了岩样的整体强度,且劣化作用在损伤应... 为探究深地原位环境下孔隙水压力对岩样损伤破坏过程的影响机制,对花岗岩岩样开展了一系列三轴压缩实验,并从力学损伤和能量角度对实验数据进行分析。研究表明,孔隙水压力的劈裂和软化作用显著降低了岩样的整体强度,且劣化作用在损伤应力处及其附近最为显著;从能量耗散角度分析,孔隙水压力使岩样整个变形过程中用于内部结构损伤劣化的耗散能急剧增加,尤其是变形后期,耗散能的释放速率大幅度提升,破坏使更多的弹性能瞬间转化为耗散能,从而显著增强了岩样的破坏脆性。在涉水工程和深地工程实践中,应充分考虑高孔隙水压对围岩的劣化影响,并采取相应的预防与监测措施,确保工程安全。 展开更多
关键词 深部岩石 高应力 孔隙水压 变形损伤 能量演化
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基于统计损伤的大型地下洞室围岩分类研究
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作者 柯旭昊 孙宁 +4 位作者 曹学兴 王如宾 刘渊泽 许晓逸 徐卫亚 《三峡大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期7-13,共7页
围岩分类在水工建筑物的勘察设计阶段有着重要的作用.澜沧江GX水电枢纽区地质条件复杂,天然状态下地应力较高,常用的水力发电系统围岩工程地质分级方法(简称HC法)以围岩的强度应力比为依据对高地应力地区的围岩进行降级.本文在工程地质... 围岩分类在水工建筑物的勘察设计阶段有着重要的作用.澜沧江GX水电枢纽区地质条件复杂,天然状态下地应力较高,常用的水力发电系统围岩工程地质分级方法(简称HC法)以围岩的强度应力比为依据对高地应力地区的围岩进行降级.本文在工程地质勘测的基础上,开展了三轴力学实验,提出了一种基于统计损伤的围岩分类方法来量化计算高地应力条件对围岩质量的影响,即:在HC法初分类的基础之上,计算岩体的统计损伤值作为围岩评分的折减系数,从而替代HC法中直接对高地应力地区的围岩进行降级的方法.使用该方法对GX地下厂房洞室群围岩进行分类,得到了基于损伤力学的GX地下洞室围岩分类结果,并将该结果与原分类结果对比进行验证.结果表明该方法不仅能够体现出地应力增大与围岩质量劣化之间的正相关性,而且具有更高的准确性和可靠性,可以准确高效地完成高地应力地区的围岩分类工作,对高地应力地区的岩体质量评价有着重要的理论价值. 展开更多
关键词 岩体质量评价 围岩分类 岩体损伤 统计损伤 地下洞室 围岩稳定
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基于围岩压力-承载区特征曲线的挤压大变形隧道支护原则研究
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作者 马凯蒙 刘勇 +4 位作者 樊浩博 刘志春 朱正国 张俊儒 冯冀蒙 《中国铁道科学》 北大核心 2025年第3期129-139,共11页
挤压大变形隧道常常出现初期支护侵限、喷射混凝土局部开裂、钢架扭曲甚至局部塌方等灾变。以高速铁路大埋深Ⅳ级围岩双线隧道为研究对象,通过数值模拟法建立围岩压力-承载区特征曲线;依托中老铁路会排山隧道进行现场测试,验证围岩压力... 挤压大变形隧道常常出现初期支护侵限、喷射混凝土局部开裂、钢架扭曲甚至局部塌方等灾变。以高速铁路大埋深Ⅳ级围岩双线隧道为研究对象,通过数值模拟法建立围岩压力-承载区特征曲线;依托中老铁路会排山隧道进行现场测试,验证围岩压力、变形与松弛范围的关系;基于松弛区对埋深的敏感性,给出不同埋深下Ⅳ级围岩隧道支护原则。结果表明:随着变形的增加,围岩压力逐渐减小,而松弛区逐渐增大,岩体离散阈值出现在松弛区范围内;围岩压力-承载区特征曲线的结果基本可以反映现场的实际情况;Ⅳ级围岩隧道在埋深达到千米级时,围岩开挖后可先进行混凝土初喷及锚杆支护,锚杆长度建议为6~8 m,如遇变形速度快或变形量大时可采用预应力锚杆,适当增加支护刚度,可采用刚柔结合的支护形式。 展开更多
关键词 隧道工程 围岩压力-承载区特征曲线 现场验证 挤压大变形 支护原则
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