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巷道蝶形破坏强度准则低敏感性研究及工程应用
被引量：
5
1
作者
刘洪涛
韩子俊
+4 位作者
刘勤裕
陈子晗
韩洲
张红凯
杨永松
《岩土力学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第1期117-130,共14页
巷道围岩的塑性区形态对巷道的破坏形式及破坏程度有重要影响。为探究三向应力场下塑性区形态演化过程,基于弹性力学推导了轴向应力表达式,并依据蝶形塑性区边界方程求解思路,确定了三维强度准则下三向塑性区近似解的求解方法。通过等...
巷道围岩的塑性区形态对巷道的破坏形式及破坏程度有重要影响。为探究三向应力场下塑性区形态演化过程,基于弹性力学推导了轴向应力表达式,并依据蝶形塑性区边界方程求解思路,确定了三维强度准则下三向塑性区近似解的求解方法。通过等球应力p、等偏应力q以及不同Lode角θσ来确定围岩应力加载方案,对不同三维强度准则下的围岩塑性区形态演化规律进行深入研究,论证了蝶形破坏的准则低敏感性。基于蝶形破坏理论对羊场湾160206回风巷道的非对称变形破坏机制及控制技术进行深入分析。研究结果表明:(1)在相同p、q及不同θσ的应力加载条件下,5种强度准则下的塑性区形态均呈现圆形、类椭圆及蝶形的演化规律,且每种强度准则在相同θσ的情况下围岩的塑性区形态基本一致。(2)相同应力大小、不同应力方向的加载方案下,围岩的塑性区形态大不相同。圆巷围岩的塑性区形态很大程度上由水平侧压比决定,轴向侧压对围岩的塑性区尺寸影响较大,对塑性区形态影响较小。(3)羊场湾160206回风巷道在叠加采动影响下顶板呈现非对称大变形破坏,基于蝶形塑性区支护思路,应用非对称锚杆索+超前单元支架+钻孔卸压的协同支护技术,取得了良好的支护效果。
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关键词
塑性区边界
蝶形塑性区
强度准则
采动影响
巷道围岩控制
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职称材料
多因素影响下巷道围岩稳定性分析及优化设计研究
被引量：
9
2
作者
刘洪涛
周光东
+4 位作者
韩子俊
韩洲
罗紫龙
程文聪
乔钟槿
《矿业科学学报》
CSCD
北大核心
2024年第4期504-518,共15页
针对深部煤层巷道矿压显现剧烈且巷道变形难以控制的问题,基于Kastner公式对巷道高宽比、侧压系数、埋深、断面形状、围岩强度5种影响巷道围岩稳定性的因素展开正交数值模拟实验,通过方差和直观分析图法研究了各因素对巷道变形破坏的敏...
针对深部煤层巷道矿压显现剧烈且巷道变形难以控制的问题,基于Kastner公式对巷道高宽比、侧压系数、埋深、断面形状、围岩强度5种影响巷道围岩稳定性的因素展开正交数值模拟实验,通过方差和直观分析图法研究了各因素对巷道变形破坏的敏感性。采用平面弹性复变函数理论分析了不同侧压系数与巷道高宽比下椭圆和矩形巷道围岩的应力分布规律,对椭圆形和矩形巷道宽高比和形状进行了优化设计。研究结果表明:围岩强度与侧压系数是影响巷道围岩稳定性的主要因素,埋深、断面形状、巷道高宽比为次要因素;椭圆形巷道在等轴应力比下围岩应力差值最小;矩形巷道宽度为5 m、高宽比为0.6左右时,应力集中程度较小;针对矩形巷道应力快速增高区,在考虑承压特性和断面利用率的基础上设计了圆角矩形优化巷道,确立了圆角半径的计算公式,通过数值模拟验证了其良好的性能。
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关键词
正交数值模拟试验
围岩控制
围岩应力分布
巷道高宽比
围岩强度
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职称材料
考虑轴向应力作用的巷道偏应力分布与破坏特征关系
被引量：
1
3
作者
刘洪涛
韩子俊
+5 位作者
陈子晗
郭林峰
梁嘉璐
韩洲
刘勤裕
姬越
《煤炭学报》
北大核心
2025年第2期824-844,共21页
通过理论分析建立了考虑巷道轴向应力影响的全平面应变问题三维模型,推导了三维应力场下巷道围岩第二不变偏应力J_(2)隐式解析解,分析了巷道围岩在弹性状态和塑性状态时不同水平侧压和轴向侧压应力环境下的J_(2)分布大小及形态演化规律...
通过理论分析建立了考虑巷道轴向应力影响的全平面应变问题三维模型,推导了三维应力场下巷道围岩第二不变偏应力J_(2)隐式解析解,分析了巷道围岩在弹性状态和塑性状态时不同水平侧压和轴向侧压应力环境下的J_(2)分布大小及形态演化规律。基于Kastner求解法得出了三维应力场下的巷道围岩塑性区边界隐式解,并运用数学与数值分析方法研究了不同应力条件下巷道围岩塑性区分布特征。建立了第二不变偏应力J_(2)与围岩塑性区形态的相互对应关系,揭示了巷道围岩的变形破坏机制。以寸草塔二矿31205工作面回风巷为工程背景,对叠加采动作用下的巷道围岩J_(2)及塑性区分布特征展开研究,量化了非对称变形破坏特征,寻求了支护阻力与J_(2)的相互作用关系,提出了叠加采动巷道的稳定性控制技术。研究结果表明:固定轴向侧压值变化水平侧压值的情况下,J_(2)和塑性区形态分布特征呈现“圆形−类椭圆形−类蝶形”的演化过程。固定水平侧压值变化轴向侧压值的情况下,J_(2)和塑性区形态保持不变。轴向应力的改变对塑性区形态的影响较小,但会对塑性区尺寸产生较大影响。巷道围岩J_(2)的集中程度越大,围岩的变形破坏程度越大,J_(2)的分布形态一定程度上决定了塑性区的破坏形态。31205回风巷在叠加采动影响下处于高偏应力J_(2)环境,且形成了向采空区一侧旋转的应力分布特征,致使巷道形成非对称大变形破坏。支护阻力的提高对巷道围岩的偏应力J_(2)的降低作用有限,仅依靠锚杆(索)无法完全对巷道围岩进行稳定控制。基于上述研究,提出了超前强力支架+锚杆(索)支护系统的组合控制技术,现场应用效果良好。
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关键词
巷道围岩控制
偏应力第二不变量J_(2)
塑性区形态
围岩破坏机制
重复采动
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职称材料
题名
巷道蝶形破坏强度准则低敏感性研究及工程应用
被引量：
5
1
作者
刘洪涛
韩子俊
刘勤裕
陈子晗
韩洲
张红凯
杨永松
机构
中国矿业大学(北京)能源与矿业学院
巷道支护与灾害防治煤炭行业工程研究中心
出处
《岩土力学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第1期117-130,共14页
基金
国家自然科学基金项目号(No.U22A20165,No.51774288,No.52004289)
高校基本科研业务费资助(No.2022XJNY01)。
文摘
巷道围岩的塑性区形态对巷道的破坏形式及破坏程度有重要影响。为探究三向应力场下塑性区形态演化过程,基于弹性力学推导了轴向应力表达式,并依据蝶形塑性区边界方程求解思路,确定了三维强度准则下三向塑性区近似解的求解方法。通过等球应力p、等偏应力q以及不同Lode角θσ来确定围岩应力加载方案,对不同三维强度准则下的围岩塑性区形态演化规律进行深入研究,论证了蝶形破坏的准则低敏感性。基于蝶形破坏理论对羊场湾160206回风巷道的非对称变形破坏机制及控制技术进行深入分析。研究结果表明:(1)在相同p、q及不同θσ的应力加载条件下,5种强度准则下的塑性区形态均呈现圆形、类椭圆及蝶形的演化规律,且每种强度准则在相同θσ的情况下围岩的塑性区形态基本一致。(2)相同应力大小、不同应力方向的加载方案下,围岩的塑性区形态大不相同。圆巷围岩的塑性区形态很大程度上由水平侧压比决定,轴向侧压对围岩的塑性区尺寸影响较大,对塑性区形态影响较小。(3)羊场湾160206回风巷道在叠加采动影响下顶板呈现非对称大变形破坏,基于蝶形塑性区支护思路,应用非对称锚杆索+超前单元支架+钻孔卸压的协同支护技术,取得了良好的支护效果。
关键词
塑性区边界
蝶形塑性区
强度准则
采动影响
巷道围岩控制
Keywords
plastic zone boundary
butterfly plastic zone
strength criterion
mining influence
roadway surrounding rock control
分类号
TU435 [建筑科学—岩土工程]
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职称材料
题名
多因素影响下巷道围岩稳定性分析及优化设计研究
被引量：
9
2
作者
刘洪涛
周光东
韩子俊
韩洲
罗紫龙
程文聪
乔钟槿
机构
中国矿业大学(北京)能源与矿业学院
巷道支护与灾害防治煤炭行业工程研究中心
出处
《矿业科学学报》
CSCD
北大核心
2024年第4期504-518,共15页
基金
国家自然科学基金(U22A20165,52004289)
中央高校基本科研业务费专项资金(2022XJNY01)。
文摘
针对深部煤层巷道矿压显现剧烈且巷道变形难以控制的问题,基于Kastner公式对巷道高宽比、侧压系数、埋深、断面形状、围岩强度5种影响巷道围岩稳定性的因素展开正交数值模拟实验,通过方差和直观分析图法研究了各因素对巷道变形破坏的敏感性。采用平面弹性复变函数理论分析了不同侧压系数与巷道高宽比下椭圆和矩形巷道围岩的应力分布规律,对椭圆形和矩形巷道宽高比和形状进行了优化设计。研究结果表明:围岩强度与侧压系数是影响巷道围岩稳定性的主要因素,埋深、断面形状、巷道高宽比为次要因素;椭圆形巷道在等轴应力比下围岩应力差值最小;矩形巷道宽度为5 m、高宽比为0.6左右时,应力集中程度较小;针对矩形巷道应力快速增高区,在考虑承压特性和断面利用率的基础上设计了圆角矩形优化巷道,确立了圆角半径的计算公式,通过数值模拟验证了其良好的性能。
关键词
正交数值模拟试验
围岩控制
围岩应力分布
巷道高宽比
围岩强度
Keywords
orthogonal numerical simulation test
surrounding rock control
stress distribution of surrounding rock
height width ratio of roadway
strength of surrounding rock
分类号
TD32 [矿业工程—矿井建设]
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职称材料
题名
考虑轴向应力作用的巷道偏应力分布与破坏特征关系
被引量：
1
3
作者
刘洪涛
韩子俊
陈子晗
郭林峰
梁嘉璐
韩洲
刘勤裕
姬越
机构
中国矿业大学(北京)能源与矿业学院
巷道支护与灾害防治煤炭行业工程研究中心
中国
煤炭
工业协会
出处
《煤炭学报》
北大核心
2025年第2期824-844,共21页
基金
国家自然科学基金联合基金资助项目(U22A20165)
国家自然科学基金资助项目(52004289)
中央高校基本科研业务费资助项目(2022XJNY01)。
文摘
通过理论分析建立了考虑巷道轴向应力影响的全平面应变问题三维模型,推导了三维应力场下巷道围岩第二不变偏应力J_(2)隐式解析解,分析了巷道围岩在弹性状态和塑性状态时不同水平侧压和轴向侧压应力环境下的J_(2)分布大小及形态演化规律。基于Kastner求解法得出了三维应力场下的巷道围岩塑性区边界隐式解,并运用数学与数值分析方法研究了不同应力条件下巷道围岩塑性区分布特征。建立了第二不变偏应力J_(2)与围岩塑性区形态的相互对应关系,揭示了巷道围岩的变形破坏机制。以寸草塔二矿31205工作面回风巷为工程背景,对叠加采动作用下的巷道围岩J_(2)及塑性区分布特征展开研究,量化了非对称变形破坏特征,寻求了支护阻力与J_(2)的相互作用关系,提出了叠加采动巷道的稳定性控制技术。研究结果表明:固定轴向侧压值变化水平侧压值的情况下,J_(2)和塑性区形态分布特征呈现“圆形−类椭圆形−类蝶形”的演化过程。固定水平侧压值变化轴向侧压值的情况下,J_(2)和塑性区形态保持不变。轴向应力的改变对塑性区形态的影响较小,但会对塑性区尺寸产生较大影响。巷道围岩J_(2)的集中程度越大,围岩的变形破坏程度越大,J_(2)的分布形态一定程度上决定了塑性区的破坏形态。31205回风巷在叠加采动影响下处于高偏应力J_(2)环境,且形成了向采空区一侧旋转的应力分布特征,致使巷道形成非对称大变形破坏。支护阻力的提高对巷道围岩的偏应力J_(2)的降低作用有限,仅依靠锚杆(索)无法完全对巷道围岩进行稳定控制。基于上述研究,提出了超前强力支架+锚杆(索)支护系统的组合控制技术,现场应用效果良好。
关键词
巷道围岩控制
偏应力第二不变量J_(2)
塑性区形态
围岩破坏机制
重复采动
Keywords
roadway surrounding rock control
the second invariant of deviatoric stress J_(2)
plastic zone morphology
failure mechanism of surrounding rock
repeated mining
分类号
TD322 [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
巷道蝶形破坏强度准则低敏感性研究及工程应用
刘洪涛
韩子俊
刘勤裕
陈子晗
韩洲
张红凯
杨永松
《岩土力学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
5
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
多因素影响下巷道围岩稳定性分析及优化设计研究
刘洪涛
周光东
韩子俊
韩洲
罗紫龙
程文聪
乔钟槿
《矿业科学学报》
CSCD
北大核心
2024
9
在线阅读
下载PDF
职称材料
3
考虑轴向应力作用的巷道偏应力分布与破坏特征关系
刘洪涛
韩子俊
陈子晗
郭林峰
梁嘉璐
韩洲
刘勤裕
姬越
《煤炭学报》
北大核心
2025
1
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职称材料
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