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Strength characteristics of rock anchored by NPR bolt with different preloads 被引量:4
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作者 SUN Xiao-ming CUI Li +2 位作者 ZHANG Yong WANG Lei JIANG Ming 《Journal of Mountain Science》 SCIE CSCD 2023年第3期834-844,共11页
This study compares the strength characteristics of rocks anchored by NPR bolts and ordinary bolts with varied preloads,based on the mechanical properties of NPR bolts(with a negative Poisson’s ratio).The results sho... This study compares the strength characteristics of rocks anchored by NPR bolts and ordinary bolts with varied preloads,based on the mechanical properties of NPR bolts(with a negative Poisson’s ratio).The results show that the uniaxial compressive stress-strain curve of ordinary anchored rocks exhibits noticeable abrupt changes.After reaching peak strength,the bolt breaks,whereas the stress-strain curve of NPR-anchored rocks is smoother.The NPR bolt enters the stage of continuous resistance after reaching maximal strength and does not break.As the preload increases,the strength of the anchored rock grows linearly.A calculation equation for the strength of the anchored rock is proposed based on the preload.The theoretical equation fits the test results well,and the fitted parameters show that NPR bolts can better increase the strength of the rock.The concept of dynamic toughness UC of anchored rock is proposed to reflect the comprehensive mechanical properties of anchored rock,including strength and plasticity.As the preload increases,the UC of ordinary anchored rock first decreases and then increases,while the UC of the NPR anchored rock does not change significantly with the preload when the strain is small,and the UC increases with the increase of the preload when the strain is large. 展开更多
关键词 npr bolt Anchored rock Rock bolt Uniaxial compression PRELOAD Strength characteristics
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拉伸荷载条件下新型NPR锚杆韧性材料宏观变形特征分析
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作者 陶志刚 隋麒儒 +3 位作者 丰于翔 孟志刚 姚旭龙 何满潮 《绿色矿山》 2025年第1期44-50,共7页
岩土工程在受到复杂地质条件的综合作用时极易产生大变形灾害响应,传统金属支护材料因不能够忍受大变形而发生失效破坏现象。为应对大变形灾害,研发了新型NPR锚杆韧性材料(Negative Poisson’s Ratiobolt)。为了探索新型NPR锚杆韧性材... 岩土工程在受到复杂地质条件的综合作用时极易产生大变形灾害响应,传统金属支护材料因不能够忍受大变形而发生失效破坏现象。为应对大变形灾害,研发了新型NPR锚杆韧性材料(Negative Poisson’s Ratiobolt)。为了探索新型NPR锚杆韧性材料的宏观变形特征,开展了NPR锚杆室内拉伸对比试验。采用NPR锚杆专用试验机,并利用相机进行全过程变形特征记录。结果发现:NPR锚杆具有更好的均匀变形特性,且在拉伸变形失效全过程早期阶段就开始发生均匀变形;对不同钢筋进行失效断口分类:主要分为“分层型断口”和“纤维-基体之间的界面破坏类断裂型断口”;通过力学机制分析NPR锚杆均匀变形特性及颈缩现象不显著的原因:发现NPR钢在拉伸变形失效后的颈缩处曲率半径更大,使其颈缩现象不明显,这是由于其最大均匀应变与最大应变差值相对较小所致;通过LS-DYNA算法对螺纹肋结构和光圆结构对于钢筋变形的影响进行数值模拟分析,结果证明螺纹肋结构使得钢筋在拉伸过程中能够更好地均匀变形,吸收变形能。综上所.述,通过对新型NPR锚杆韧性材料的变形特征的宏观分析,有助于更好地揭示其静力拉伸性能,为准静态工程实践提供了有价值的参考。 展开更多
关键词 韧性材料 npr锚杆 拉伸试验 变形特征 宏观分析
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Excavation compensation and bolt support for a deep mine drift 被引量:1
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作者 Longji Guo Zhigang Tao +1 位作者 Manchao He Massimo Coli 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2024年第8期3206-3220,共15页
To overcome large deformation of deep phosphate rock roadways and pillar damage,a new type of constant-resistance large-deformation negative Poisson’s ratio(NPR)bolt that can withstand a high prestress of at least 13... To overcome large deformation of deep phosphate rock roadways and pillar damage,a new type of constant-resistance large-deformation negative Poisson’s ratio(NPR)bolt that can withstand a high prestress of at least 130 KN was developed.In the conducted tests,the amount of deformation was 200-2000 mm,the breaking force reached 350 KN,and a high constant-resistance pre-stress was maintained during the deformation process.A stress compensation theory of phosphate rock excavation based on NPR bolts is proposed together with a balance system for bolt compensation of the time-space effect and high NPR pre-stress.Traditional split-set rock bolts are unable to maintain the stability of roadway roofs and pillars.To verify the support effect of the proposed bolt,field tests were conducted using both the proposed NPR bolts and split-set rock bolts as support systems on the same mining face.In addition,the stress compensation mechanism of roadway mining was simulated using the particle flow code in three dimensions(PFC^(3D))-fast Lagrangian analysis of continua(FLAC^(3D))particle-flow coupling numerical model.On-site monitoring and numerical simulations showed that the NPR excavation compensation support scheme effectively improves the stress state of the bolts and reduces the deformation of the surrounding rock.Compared to the original support scheme,the final deformation of the surrounding rock was reduced by approximately 70%.These results significantly contribute to domestic and foreign research on phosphate-rock NPR compensation support technology,theoretical systems,and engineering practices,and further promote technological innovation in the phosphate rock mining industry. 展开更多
关键词 Deep phosphate rock npr bolt Split-set rock bolt PFC3D-FLAC3D Compensation support
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基于第二代负泊松比锚杆加固的充填结构面剪切特性研究
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作者 黄曼 宁昊晟 +3 位作者 洪陈杰 陶志刚 刘雨星 张贺 《岩土力学》 北大核心 2025年第S1期131-140,共10页
第二代负泊松比(second-generation negative Poisson’s ratio bolts,2G-NPR)锚杆逐渐应用于裂隙岩体加固,为研究2G-NPR锚杆在充填结构面中的抗剪性能,采用室内直剪试验对比分析了不同充填厚度下2G-NPR锚杆和普通钢筋(Q235)锚杆锚固结... 第二代负泊松比(second-generation negative Poisson’s ratio bolts,2G-NPR)锚杆逐渐应用于裂隙岩体加固,为研究2G-NPR锚杆在充填结构面中的抗剪性能,采用室内直剪试验对比分析了不同充填厚度下2G-NPR锚杆和普通钢筋(Q235)锚杆锚固结构面的剪切力学行为。结果表明,相同充填厚度下,2G-NPR锚杆较Q235锚杆弹性阶段剪切刚度低,峰值抗剪强度高、峰值剪切位移大;随着充填厚度增加,虽然两类锚杆的峰值抗剪强度变化相差不大,但由于2G-NPR锚杆的高吸能、高延展特性,其峰值剪切位移优势明显,使得试样延性得到一定提升。锚杆轴力监测数据表明,2G-NPR锚杆能够有效补偿其与灌浆体解耦造成的轴力突降,且持荷能力更持久;其平均峰值轴力为Q235锚杆的3.17倍,且随着充填厚度增加,峰值轴力持续上升,锚固性能更为稳定。进一步结合声发射监测发现,相同充填厚度下,2G-NPR锚杆的最大累计计数和最大累计能量更低,b值(声发射小事件数与大事件数的比值)下降时间更晚,试样破坏程度更小,揭示2G-NPR锚杆提升试样延性的原因在于其有效吸收了剪切应变能,减缓了裂纹的扩展。研究结果可为2G-NPR锚杆在软硬互层岩体支护工程中的应用提供指导。 展开更多
关键词 2G-npr锚杆 充填结构面 抗剪性能 锚杆轴力 声发射特征
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地下工程微观NPR锚杆钢静力拉伸及锚固抗剪力学特性 被引量:25
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作者 陶志刚 任树林 +1 位作者 何满潮 夏敏 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期683-694,共12页
资源开采和地下空间建设逐渐向深部发展,给深部围岩支护体系带来了新的挑战,研发具有高强高韧、超强吸能、可施加高预紧力的围岩支护材料势在必行。基于此,自主研发了一种高强度、高延性,具有微观负泊松比效应的锚杆钢新材料,又称微观NP... 资源开采和地下空间建设逐渐向深部发展,给深部围岩支护体系带来了新的挑战,研发具有高强高韧、超强吸能、可施加高预紧力的围岩支护材料势在必行。基于此,自主研发了一种高强度、高延性,具有微观负泊松比效应的锚杆钢新材料,又称微观NPR(Negative Poisson’s Ratio)材料,这种材料可以被用于加工成锚杆、钢筋、锚索、钢带等多种类型的工程应用材料。重点针对微观NPR锚杆钢的锚固剪切力学特性进行实验研究,介绍了PR(Poisson’s Ratio)材料、宏观NPR结构和微观NPR材料的基本概念及研发历史;开展微观NPR锚杆钢和普通PR锚杆钢的静力拉伸及锚固剪切实验;对比分析微观NPR锚杆钢的破坏形态、拉伸力学性能以及锚固抗剪力学特性。实验结果表明,在静力拉伸条件下,相较于普通锚杆钢,微观NPR钢拉伸曲线无屈服平台,具有恒阻大变形的准理想弹塑性特征,大大提高了锚杆材料的强度和变形性能,且其拉伸过程中均匀变形,破断后基本无颈缩;在锚固剪切实验条件下,加锚节理岩体在剪切荷载作用下具有显著的延性破坏特征,有效改善了无锚固节理岩体脆性破坏现象,微观NPR锚杆钢所能提供的抗剪强度远高于普通锚杆钢,并且其承受横向剪切变形能力是普通锚杆钢的2.5倍以上。实验证明微观NPR锚杆钢能够很好的平衡金属材料高强度和高延性的矛盾,极大提升了锚杆钢抗拉、抗剪能力,从材料本质上实现了锚杆的大变形超强吸能特性。 展开更多
关键词 深部地下空间 微观npr 能量吸收特性 锚固抗剪实验特性 静力拉伸特性
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NPR锚杆/索围岩动力响应数值模拟分析 被引量:7
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作者 郭隆基 何满潮 +1 位作者 瞿定军 陶志刚 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期1159-1167,共9页
为了解决深部开采造成的冲击地压、大变形和常规锚杆/索破断失效等问题,本文以某煤矿采区为研究试验段,基于高地应力软岩大变形破坏机理,采用FLAC3D-PFC3D耦合建模方法首次开展NPR锚杆/索动力学数值模拟研究,建立PR和NPR锚杆/索两种支... 为了解决深部开采造成的冲击地压、大变形和常规锚杆/索破断失效等问题,本文以某煤矿采区为研究试验段,基于高地应力软岩大变形破坏机理,采用FLAC3D-PFC3D耦合建模方法首次开展NPR锚杆/索动力学数值模拟研究,建立PR和NPR锚杆/索两种支护方案的数值模型,对比分析动荷载下硐室围岩以及锚杆的受力、位移情况.结果表明:25 MPa冲击荷载下,25根PR支护锚杆/索中21根已失效,围岩大面积失稳,耦合墙出现严重变形,硐室呈现内凸弧形变形破坏.而相同条件下,NPR锚杆/索均未失效,硐室围岩稳定性保持良好. 展开更多
关键词 冲击地压 npr锚杆/索 围岩支护 FLAC3D 硐室稳定性
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桃花嘴矿区充填体内巷道NPR锚杆支护数值模拟分析 被引量:6
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作者 周伟 帅金山 +3 位作者 柯波 胡勇 任高峰 张聪瑞 《现代矿业》 CAS 2021年第2期189-193,共5页
充填体强度较岩体强度低,充填体内巷道更容易受到爆破振动及开挖等活动扰动,巷道支护工艺需进一步研究。以湖北三鑫金铜矿-670 m中段为工程背景,引入具有可伸缩和恒阻大变形特点的NPR锚杆对巷道进行支护。利用FLAC3d对NPR锚杆支护体系... 充填体强度较岩体强度低,充填体内巷道更容易受到爆破振动及开挖等活动扰动,巷道支护工艺需进一步研究。以湖北三鑫金铜矿-670 m中段为工程背景,引入具有可伸缩和恒阻大变形特点的NPR锚杆对巷道进行支护。利用FLAC3d对NPR锚杆支护体系进行模拟,对巷道位移变形以及主应力云图进行对比分析,并结合现场实际获取锚杆支护参数的最佳组合。结果发现,NPR锚杆支护方案中选择锚杆直径22 mm、长度1.8 m、间距1.2 m、排距1.0 m的支护参数,支护效果较好。 展开更多
关键词 npr锚杆 数值模拟 巷道支护
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Failure mechanism and safety control technology of a composite strata roadway in deep and soft rock masses:a case study
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作者 ZHAO Chengwei ZHOU Hui +3 位作者 SUN Xiaoming ZHANG Yong MIAO Chengyu WANG Jian 《Journal of Mountain Science》 SCIE CSCD 2024年第7期2427-2444,共18页
The construction of coal mines often encounters deep composite soft rock roadways,which is characterized by significant deformation and poor stability.To deeply study the failure mechanism and large deformation challe... The construction of coal mines often encounters deep composite soft rock roadways,which is characterized by significant deformation and poor stability.To deeply study the failure mechanism and large deformation challenges of a composite strata roadway in deep and soft rock masses,a numerical model of 3DEC tetrahedral blocks was established based on the method of rock quality designation(RQD).The results showed that original support cannot prevent asymmetric failure and large deformation due to the adverse geological environment and unsuitable support design.According to the failure characteristics,a coupling support of“NPR bolt/cable+mesh+shotcrete+steel pipe”was proposed to control the stability of the surrounding rock.The excellent mechanical properties of large deformation(approximately 400 mm)and high constant resistance force(bolt with 180 k N;cable with 350 k N)were evaluated by the tensile tests.The numerical results showed that the maximum deformation was minimized to 243 mm,and the bearing capacity of the surrounding rock of the roadway was enhanced.The field test results showed that the maximum deformation of the surrounding rock was 210 mm,and the forces of the NPR bolt and cable were stable at approximately 180 k N and 350 k N,respectively.This demonstrated the effectiveness of the coupling support with the NPR bolt and cable,which could be a guiding significance for the safety control of large deformation and failure in deep composite soft rock roadways. 展开更多
关键词 3DEC Composite strata roadway Soft rock npr bolt and cable Asymmetric large deformation
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微观负泊松比锚杆静力学特性及其工程应用研究 被引量:28
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作者 陶志刚 郭爱鹏 +5 位作者 何满潮 张瑨 夏敏 王鼎 李梦楠 朱珍 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期808-818,共11页
相比于传统的小变形锚杆支护材料,负泊松比锚杆/索材料具有大伸长量、高强高韧、高恒阻力、吸能等优异力学特性。在宏观负泊松比(NPR)锚杆/索研究和应用基础上,何满潮研发了新一代微观NPR钢材料和微观NPR锚杆。目前微观NPR钢材料的静力... 相比于传统的小变形锚杆支护材料,负泊松比锚杆/索材料具有大伸长量、高强高韧、高恒阻力、吸能等优异力学特性。在宏观负泊松比(NPR)锚杆/索研究和应用基础上,何满潮研发了新一代微观NPR钢材料和微观NPR锚杆。目前微观NPR钢材料的静力学特性研究较少,微观NPR锚杆在城市地下隧道工程的适用性有待于现场应用验证。通过室内静力拉伸试验对微观NPR钢的力学特性进行了研究,结果表明本批次微观NPR钢平均伸长率为34.68%;恒阻力值范围为203.9~240.7 kN;拉伸全过程表现为均匀拉伸变形;无屈服平台,破断时无明显颈缩现象。通过理论推导,建立了微观NPR锚杆在微静力拉伸条件下的弹塑性增量本构模型。以某路地铁站风道段为工程背景,介绍了微观NPR锚杆施工工艺,现场测试了极限拉拔力、伸长率及锚杆轴力等方面,结果表明,微观NPR锚杆具有高恒阻力及大伸长量等优势。在围岩大变形隧道开展了支护应用试验,验证了其具有良好的围岩大变形控制效果。 展开更多
关键词 微观npr锚杆 静力学特性 本构模型 现场试验
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深埋隧道灾变防控方法 被引量:28
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作者 何满潮 任树林 陶志刚 《工程地质学报》 CSCD 北大核心 2022年第6期1777-1797,共21页
针对深埋隧道工程建设所面临的软岩大变形、岩爆、活动性断裂带、高温高湿以及隧道进出口高边坡5大主要工程问题,首先提出了一种新的适用于深埋隧道围岩大变形的支护理论——开挖补偿法,并研发了深埋隧道灾变防控核心材料——NPR锚杆/... 针对深埋隧道工程建设所面临的软岩大变形、岩爆、活动性断裂带、高温高湿以及隧道进出口高边坡5大主要工程问题,首先提出了一种新的适用于深埋隧道围岩大变形的支护理论——开挖补偿法,并研发了深埋隧道灾变防控核心材料——NPR锚杆/索。然后,针对性地提出了深埋隧道不同工程问题的防控对策和建议,主要包括软岩大变形隧道NPR锚网索高预紧力补偿技术、岩爆隧道能量吸收补偿技术、活动性断裂带隧道双梯度注浆强度补偿技术和NPR锚网索桁架耦合支护技术、高温高湿隧道双隔双控技术以及隧道进出口高边坡NPR锚索防治-加固-监测-预警一体化双补偿控制技术。最后,结合具体的实际工程,对深埋隧道的灾变防控应用效果进行说明,以期为未来深埋隧道工程防灾减灾提供参考和依据。 展开更多
关键词 深埋隧道 工程问题 防控方法 开挖补偿法 npr锚杆/索
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深部建井力学研究进展 被引量:103
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作者 何满潮 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期726-746,共21页
随着浅部煤炭资源的日益枯竭,我国煤炭开采朝着深部化和大型化方向发展,新建和改扩建的大型立井年生产能力已达1 000万t,开采最大深度已达1 500 m。千米深井在建井时所处的高应力、"各向异性"(包括岩体、结构、应力等)复杂地... 随着浅部煤炭资源的日益枯竭,我国煤炭开采朝着深部化和大型化方向发展,新建和改扩建的大型立井年生产能力已达1 000万t,开采最大深度已达1 500 m。千米深井在建井时所处的高应力、"各向异性"(包括岩体、结构、应力等)复杂地质力学环境,造成井筒以及井底车场大巷围岩出现塌方、岩爆以及冲击地压等大变形灾害,严重影响深部矿井安全高效建设。在国家重点研发计划"深地资源勘查开采"重点专项"煤矿深井建设与提升基础理论及关键技术"支持下,提出了深部非均压建井模式,以非均匀支护应对非均匀围岩压力;对煤系地层深部建井中典型的地层结构进行分类,并建立了深部不同应力条件下立井井筒力学模型;开展了一系列模拟深部环境下的多场、多尺度岩石力学实验,探明了深部建井岩体的各向异性与深部环境相互作用过程中的大变形力学特性,揭示了深部复杂地质环境下岩体大变形力学机理;研发了适用于深部建井岩体大变形控制NPR锚杆锚索新材料,进行了一系列拉拔力学实验对其优越性进行科学论证,并最终形成了一整套基于NPR锚杆锚索的支护技术;开展了无煤柱自成巷N00矿井建设研究,基于"切顶短臂梁"理论,建立了采矿损伤不变量的采矿工程模型。 展开更多
关键词 深部开采 矿井建设 岩石力学 非均压建井 npr锚杆锚索
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南山煤矿软岩巷道恒阻控制对策研究 被引量:1
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作者 吴永纯 《中国矿业》 北大核心 2016年第6期91-94,99,共5页
本文通过对南山煤矿东部区工程地质条件和工程现状的调查研究,发现该区域巷道发生变形破坏的范围大,具有顶板下沉量大、两帮变形严重且呈明显的不对称性、底臌等特征,因此在对该区域软岩巷道进行支护时,应使用既要满足在巷道变形初期能... 本文通过对南山煤矿东部区工程地质条件和工程现状的调查研究,发现该区域巷道发生变形破坏的范围大,具有顶板下沉量大、两帮变形严重且呈明显的不对称性、底臌等特征,因此在对该区域软岩巷道进行支护时,应使用既要满足在巷道变形初期能及时阻止围岩变形,又要满足能够持续性的吸收围岩释放出的巨大能量的支护材料,并且还要解决底臌变形严重的问题。并据此有针对性的提出了以NPR高预应力恒阻锚杆(索)+底脚锚管索为支护方案的巷道稳定性控制对策,根据现场工程地质条件和围岩性质建立相应的工程地质模型,通过FLAC3D数值模拟对支护对策的可靠性进行验证。最后以南山矿东部区-120总回风巷为工程背景,将传统支护方式和新支护方案进行实际应用对比,现场监测结果证明了支护方案的合理性。 展开更多
关键词 软岩巷道支护 数值模拟 变形破坏机理 npr高预应力恒阻锚杆
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