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Physical model simulation of rock-support interaction for the tunnel in squeezing ground
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作者 Ketan Arora Marte Gutierrez Ahmadreza Hedayat 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2022年第1期82-92,共11页
The existence of squeezing ground conditions can lead to significant challenges in designing an adequate support system for tunnels.Numerous empirical,observational and analytical methods have been suggested over the ... The existence of squeezing ground conditions can lead to significant challenges in designing an adequate support system for tunnels.Numerous empirical,observational and analytical methods have been suggested over the years to design support systems in squeezing ground conditions,but all of them have some limitations.In this study,a novel experimental setup having physical model for simulating the tunnel boring machine(TBM)excavation and support installation process in squeezing clay-rich rocks is developed.The observations are made to understand better the interaction between the support and the squeezing ground.The physical model included a large true-triaxial cell,a miniature TBM,laboratoryprepared synthetic test specimen with properties similar to natural mudstone,and an instrumented cylindrical aluminum support system.Experiments were conducted at realistic in situ stress levels to study the time-dependent three-dimensional tunnel support convergence.The tunnel was excavated using the miniature TBM in the cubical rock specimen loaded in the true-triaxial cell,after which the support was installed.The confining stress was then increased in stages to values greater than the rock’s unconfined compressive strength.A model for the time-dependent longitudinal displacement profile(LDP)for the supported tunnel was proposed using the tunnel convergence measurements at different times and stress levels.The LDP formulation was then compared with the unsupported model to calculate the squeezing amount carried by the support.The increase in thrust in the support was backcalculated from an analytical solution with the assumption of linear elastic support.Based on the test results and case studies,a recommendation to optimize the support requirement for tunnels in squeezing ground is proposed. 展开更多
关键词 Squeezing ground Tunnel support system Longitudinal displacement profile rock-support interaction
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锚杆支护围岩附加压应力场空间分布规律研究与应用 被引量:1
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作者 孙元田 王尚 +4 位作者 李桂臣 韩昌良 郝浩然 李菁华 赵海森 《煤炭学报》 北大核心 2025年第6期2940-2960,共21页
煤巷锚杆支护已得到广泛应用,锚杆支护作用于围岩内的附加压应力场大小与空间分布范围是量化支护参数、优化支护方案的关键。为研究锚杆(索)相关参数对围岩附加压应力场空间三维分布影响规律,从理论方面分析了锚杆作用下围岩所受托锚力... 煤巷锚杆支护已得到广泛应用,锚杆支护作用于围岩内的附加压应力场大小与空间分布范围是量化支护参数、优化支护方案的关键。为研究锚杆(索)相关参数对围岩附加压应力场空间三维分布影响规律,从理论方面分析了锚杆作用下围岩所受托锚力和黏锚力产生附加压应力机制,建立了围岩附加压应力模型,空间表征了附加压应力场分布特征,进一步通过模拟与理论对比,验证了模型的正确性;以围岩附加压应力≥0.02MPa为基准,量化研究了锚杆(索)支护关键参数即锚杆(索)预紧力、长度和锚固长度对围岩附加压应力场空间分布的形态、最大扩散半径、高度(间距)及体积的影响。锚杆支护下随着预紧力增大,空间附加压应力场分布形态由竖向“椭球体”发展为横向“椭球体”;锚杆长度增加,形态从近似“椭球体”变成“葫芦型”;锚固长度增大,形态从“葫芦型”变成近似“椭球体”。随着锚杆预紧力和长度增加,锚杆支护产生的附加压应力场的半径、高度及体积增大,而锚固长度对附加压应力场影响相反。锚索支护下随着锚索长度增加,围岩附加压应力场的空间分布形态从近似“椭球体”变成“葫芦型”,当锚索长度超过5m时,变成间断的上下2个“椭球体”且上小下大,即使预紧力和锚固长度增加,分布形态没有明显变化。随着锚索预紧力增加,锚索支护所形成的围岩附加压应力场的最大半径增加,体积增加,上下压应力场间距减少;随着锚索长度增加,围岩附加压应力场高度增加,随后间断成上下2个压应力场,其间距不断增大,半径及压应力场体积先增加后减少;随着锚索锚固长度的增加,围岩附加压应力场间距逐渐减小,半径先增加后减少,体积增加不明显。进一步分析了锚杆(索)组合支护下围岩高/低附加压应力对巷道顶板的作用,结合组合梁及悬吊理论的部分理念,确定了高/低阈值计算公式,通过对比围岩附加压应力场体积大小来确定锚杆支护方案优劣。以葫芦素煤矿21204工作面回风巷和城郊煤矿LW21106工作面运输巷为验证对象,分析了原/新支护方案特点,计算得到2条典型巷道围岩附加压应力场的高/低应力阈值及其在顶板覆盖的总体积。结果显示优化后方案锚杆(索)能在顶板形成有效连续的围岩附加压应力场,高/低压应力场体积均增加显著,围岩变形得到有效控制。 展开更多
关键词 围岩控制 附加应力场 锚杆支护 预应力 方案设计
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煤矿深部巷道大变形分步联合控制研究 被引量:4
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作者 李培涛 刘泉声 +2 位作者 朱元广 高峰 范利丹 《岩土力学》 北大核心 2025年第2期591-612,共22页
深部巷道大变形已成为深部煤炭安全高效开采的关键制约因素。为实现深部软弱围岩稳定性控制,提出了基于深部巷道大变形演化过程的分步联合支护方案及其理论分析模型。结果表明,深部软弱围岩呈破裂碎胀变形-损伤扩容变形-连续变形的分布... 深部巷道大变形已成为深部煤炭安全高效开采的关键制约因素。为实现深部软弱围岩稳定性控制,提出了基于深部巷道大变形演化过程的分步联合支护方案及其理论分析模型。结果表明,深部软弱围岩呈破裂碎胀变形-损伤扩容变形-连续变形的分布特征。分步联合支护后,围岩极限承载力随锚杆和锚索等效支护力增大呈线性增大趋势,但随注浆修复系数呈指数增大趋势。锚杆和锚索支护设计时应以极限承载力所需的注浆修复系数等于1.0时的等效支护力临界条件为基准。深浅孔注浆支护时须同时考虑注浆修复系数和围岩破裂区半径。不同支护措施的协同支护参数可由破裂修复区围岩极限承载平衡条件确定。数值模拟和工程应用分析表明,分步联合支护可实现深部软弱围岩碎胀大变形控制,具有较高的工程推广应用价值。 展开更多
关键词 深部软弱围岩 大变形 分步联合支护 承载平衡 协同控制
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超前巷道裂隙发育规律与锚注加固技术研究 被引量:1
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作者 龚轩 宋亮亮 《煤炭科技》 2025年第1期42-46,共5页
超前支承压力及其诱发的巷道变形破坏是制约煤矿安全开采的主要问题之一,常规超前支护(单体支柱、支架等)存在劳动强度大、效率低等问题,常难以满足现场需求。为此,采用理论分析、数值模拟、工程应用等方法,开展了综采面超前动压区巷道... 超前支承压力及其诱发的巷道变形破坏是制约煤矿安全开采的主要问题之一,常规超前支护(单体支柱、支架等)存在劳动强度大、效率低等问题,常难以满足现场需求。为此,采用理论分析、数值模拟、工程应用等方法,开展了综采面超前动压区巷道锚注加固技术研究,揭示了不同支承压力下超前巷道裂隙发育规律,分析了巷道锚注加固技术的原理,总结出锚注加固技术的优点,评估了锚注加固技术在超前巷道中的应用可行性,并在平顶山天安煤业股份有限公司四矿综采面超前动压巷道进行了现场工业性试验,研究得到锚注加固技术的应用减少了巷道围岩的变形量,实现了巷道围岩的稳定控制,保障了工作面的安全高效生产,为超前巷道的支护设计提供了借鉴。 展开更多
关键词 巷道支护 超前支护 围岩控制 支承压力 锚注加固
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冲击地压矿井坚硬顶板工作面充填开采降载防冲机理及应用 被引量:1
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作者 王家臣 王兆会 《中国煤炭》 北大核心 2025年第1期12-22,共11页
坚硬顶板是导致强矿压甚至冲击地压的重要因素,充填开采则是控制坚硬顶板运动模式的有效手段。为分析冲击地压矿井坚硬顶板工作面充填开采的降载防冲效果,以古城煤矿1123工作面为工程背景,采用理论分析、数值计算和现场实测手段研究坚... 坚硬顶板是导致强矿压甚至冲击地压的重要因素,充填开采则是控制坚硬顶板运动模式的有效手段。为分析冲击地压矿井坚硬顶板工作面充填开采的降载防冲效果,以古城煤矿1123工作面为工程背景,采用理论分析、数值计算和现场实测手段研究坚硬顶板破断致冲条件、充填体支撑下坚硬顶板运动特征及其降载防冲机理。结果表明:坚硬顶板动力破断条件为弹性区能量释放率高于塑形区能量耗散率,提出了动载冲击力计算方法,给出了动载荷和静态应力场组合作用下,冲击地压灾害发生原理;构建了充填体支撑作用下坚硬顶板沉降模型,得到了坚硬顶板沉降曲线,充填率是控制坚硬顶板沉降模式的关键因素;充填率提升至90%,坚硬顶板转变为连续沉降模式,构建了坚硬顶板连续沉降条件下支架围岩相互作用模型,提出了支架阻力计算方法,揭示了充填开采降载防冲机理;将充填开采降载防冲技术应用于1123工作面,提出了“三位一体”充填率提升技术,微震监测和顶板下沉量检测结果表明降载防冲效果良好,围岩控制效果显著提升。 展开更多
关键词 充填开采 冲击地压 坚硬顶板 充填率 支架载荷
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背斜构造区特厚煤层开采覆岩破断失稳规律及突水压架机理 被引量:1
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作者 刘长友 刘怀东 +3 位作者 陈毅琪 杨培举 王晨鸿 杨敬轩 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2025年第2期239-251,共13页
针对我国西部矿区背斜构造带突水压架事故频发问题,以郭家河煤矿1309工作面为工程背景,采用现场调研、物理实验与理论分析等方法深入研究了背斜构造区特厚煤层开采覆岩破断失稳规律与突水压架机理。研究表明:1) 1309工作面突水压架主要... 针对我国西部矿区背斜构造带突水压架事故频发问题,以郭家河煤矿1309工作面为工程背景,采用现场调研、物理实验与理论分析等方法深入研究了背斜构造区特厚煤层开采覆岩破断失稳规律与突水压架机理。研究表明:1) 1309工作面突水压架主要发生在起坡角较大、起坡点与轴部落差较大的背斜构造区。顶板宜君组岩层是导致工作面突水事故的关键含水层,煤层之上102.5 m处厚度为28.53 m的中粒砂岩为隔水关键层。2)工作面垮落带高度为65 m,垮落带内破断岩块分布杂乱无章;裂隙带岩层的位移曲线呈单峰状,最大位移点位于背斜构造中下部。隔水关键层断裂后,其上部100.51 m的岩层同步断裂并产生活化,导水裂隙导通宜君组含水层。3)过背斜阶段隔水关键层断裂步距为32.27 m,断裂角为2.15°。断裂后的隔水关键层与采空区已破断岩块铰接形成砌体梁结构,当承压水压力超过1.02 MPa时,砌体梁结构中的断裂岩梁反向回转继而产生滑落失稳。4)隔水关键层滑落失稳后,控制顶板所需要的支架阻力达到31 015 kN,超过了支架额定阻力,进而会造成工作面支架压架。避免工作面发生压架事故的关键是保证隔水关键层不产生滑落失稳。 展开更多
关键词 突水压架 背斜构造 相似材料模拟 支架围岩关系
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基于倾角效应的“支架-围岩”数字孪生模拟试验平台研制与测试 被引量:1
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作者 解盘石 张颖异 +7 位作者 伍永平 杜玉乾 杨航 黄宝发 林伟典 易磊磊 徐辉 冯春 《煤炭学报》 北大核心 2025年第6期2837-2852,共16页
液压支架与围岩两者间的稳定性关系是长壁工作面开采及其智能化研究的重难点内容之一。大倾角、急倾斜煤层赋存条件复杂,“支架-围岩”稳定性控制难度大,严重制约了该类复杂难采煤层矿井的安全智能开采。为此,在实验室环境下研制了三维... 液压支架与围岩两者间的稳定性关系是长壁工作面开采及其智能化研究的重难点内容之一。大倾角、急倾斜煤层赋存条件复杂,“支架-围岩”稳定性控制难度大,严重制约了该类复杂难采煤层矿井的安全智能开采。为此,在实验室环境下研制了三维大比例模拟试验平台与配套试验液压支架,可最大程度模拟复杂难采煤层工作面的开采环境,工作面“支架-围岩”系统耦合控制、顶板周期来压及冲击来压效果。基于数字孪生技术,构建了“支架-围岩”试验平台孪生系统,可实现对物理空间模拟试验工作面“支架-围岩”系统的精确感知与高效仿真。开展了试验平台性能、异型液压支架研发支撑、“支架-围岩”试验平台孪生系统优化等一系列测试试验,确定了试验平台整体结构的稳定性和性能的可靠性、孪生系统的实用性和准确性,体现了试验平台的多功能性。基于测试试验,发现工作面顶板来压期间,支架在倾角效应下易发生侧向偏转失稳,支架间侧向挤压加剧;工作面顶板、支架、煤壁及底板组成的“支架-围岩”系统是协同承载体,四者任何环节变化都会影响整体的稳定性,也会加剧另外环节的破坏。针对性提出采取液压支架防倒滑装置、加强围岩控制和实时监测预警3项改进措施,来提升复杂煤层工作面“支架-围岩”系统的整体稳定性。 展开更多
关键词 数字孪生 支架-围岩 倾角效应 大比例模拟试验平台 智能化 大倾角煤层
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富水泥质板岩隧道围岩膨胀与支护结构互馈机制
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作者 左清军 陈珍明 +2 位作者 李攀 陈福榜 邓茂林 《地下空间与工程学报》 北大核心 2025年第4期1236-1249,共14页
为表征在膨胀作用和支护结构约束下围岩和支护结构的相互作用关系,以泥质板岩的膨胀问题为切入点,开展膨胀特性试验、室内隧道缩尺物理模型试验及数值模拟,揭示了富水环境下泥质板岩隧道围岩膨胀与支护结构的相互作用过程,构建了富水环... 为表征在膨胀作用和支护结构约束下围岩和支护结构的相互作用关系,以泥质板岩的膨胀问题为切入点,开展膨胀特性试验、室内隧道缩尺物理模型试验及数值模拟,揭示了富水环境下泥质板岩隧道围岩膨胀与支护结构的相互作用过程,构建了富水环境下泥质板岩隧道围岩膨胀与支护结构互馈模型。结果表明:在富水环境下,基于围岩与支护结构的变形以及隧道位移与膨胀应力的关系,根据围岩的峰值膨胀力预测隧道的极限变形量,可为膨胀岩隧道变形控制提供参考;膨胀岩隧道围岩与支护结构之间的相互作用是一个长期的"互馈"过程,围岩与支护结构表现为"促进与抑制"的关系,即围岩膨胀促使支护结构变形,支护结构反过来抑制围岩变形。研究成果可为膨胀岩隧道工程的设计与施工提供借鉴。 展开更多
关键词 软岩隧道 围岩支护结构互馈模型 模型试验 泥质板岩 富水环境
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引水隧洞工程开挖围岩应力分布与支护结构施工安全技术优化 被引量:1
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作者 潘军海 《水利科技与经济》 2025年第4期78-83,共6页
引水隧洞工程在水资源调配和防洪抗旱中发挥着重要作用,但其施工面临围岩应力分布不均和支护结构安全性不足的挑战。研究以奉化区柏坑水库为例,分析围岩的应力分布特征,并提出支护结构设计与施工技术的优化方案。结果显示,选用管径42mm... 引水隧洞工程在水资源调配和防洪抗旱中发挥着重要作用,但其施工面临围岩应力分布不均和支护结构安全性不足的挑战。研究以奉化区柏坑水库为例,分析围岩的应力分布特征,并提出支护结构设计与施工技术的优化方案。结果显示,选用管径42mm、管长6m的小导管,能够显著减少隧洞施工中的拱顶沉降,从而提高施工安全性。优化后的支护结构设计及施工技术能有效降低工程风险,可为引水隧洞的安全施工提供理论依据和实践指导。 展开更多
关键词 围岩 应力分布 支护结构 施工技术 隧洞工程 柏坑水库
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不同围压作用下锚杆力学响应特征及破坏机理研究
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作者 王毅 袁强 +3 位作者 张孟军 肖海 范劲松 潘星雨 《金属矿山》 北大核心 2025年第10期41-48,共8页
在巷道掘进过程中,围岩受到外界扰动,不同位置的围岩表现出不同的强度特性。通过构建锚杆锚固界面的受力模型,采用Mindlin解计算方法,得出了适用于锚杆拉拔体系的锚杆应力应变表达式,可分析锚杆在不同拉拔力下的应力应变分布规律。同时... 在巷道掘进过程中,围岩受到外界扰动,不同位置的围岩表现出不同的强度特性。通过构建锚杆锚固界面的受力模型,采用Mindlin解计算方法,得出了适用于锚杆拉拔体系的锚杆应力应变表达式,可分析锚杆在不同拉拔力下的应力应变分布规律。同时,利用有限元模拟软件建立了锚杆锚固系统的数值模型,分析了不同围压对锚杆受力特性的影响。研究结果表明,围压是影响锚杆—锚固剂界面力学行为的关键因素,其可导致应力、位移集中区向锚杆端头方向移动。围压增大能显著降低锚杆—锚固剂界面(尤其是横肋处)的剪应力峰值水平,从而降低锚固剂与锚杆之间发生较大滑移破坏的风险,提高锚固系统的整体性和稳定性,对优化锚杆支护设计和提升锚固可靠性意义重大。 展开更多
关键词 锚杆支护 围压条件 受力特征 应力分布 位移特性
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采空区下回撤通道围岩应力偏增载模式及控制
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作者 陈冬冬 张志峰 +1 位作者 贾清博 王奕洋 《华中科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第7期136-144,共9页
针对采空区下回撤通道围岩在工作面回采过程中出现的非对称变形破坏及末采阶段覆岩失稳压架问题,采用数值模拟及现场实际矿压观测等方法,对回撤通道围岩支承压力、主应力及偏应力演化规律进行研究.得到结论:工作面回采全过程中,采空区... 针对采空区下回撤通道围岩在工作面回采过程中出现的非对称变形破坏及末采阶段覆岩失稳压架问题,采用数值模拟及现场实际矿压观测等方法,对回撤通道围岩支承压力、主应力及偏应力演化规律进行研究.得到结论:工作面回采全过程中,采空区下回撤通道围岩应力呈现非对称偏增载特征;回撤通道围岩偏应力高峰区的演化模式分为6个阶段,即两侧偏应力高峰区启动型→两帮偏应力高峰值微增型→采帮偏应力高峰区及数值达最大型→采帮偏应力高峰区域反向型→采帮偏应力高峰区及数值陡降型→非采帮偏应力高峰区及数值达最大型;回撤通道围岩补强控制关键区域为回撤通道非采帮与顶板交接区域;形成的回撤通道围岩控制技术为:锚杆与锚索基本支护+回撤通道围岩偏应力高峰区补强支护+回撤通道采空区侧的顶板预裂切顶.现场监测结果显示,回撤通道围岩最大变形量约246 mm,实现了工作面设备的安全回撤. 展开更多
关键词 采空区 回撤通道 偏增载 非对称支护 围岩控制
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浅埋煤层回风巷道围岩非充分控制方法及应用
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作者 梁运培 刘思辰 +2 位作者 李其罡 刘瑞杰 武兆鹏 《地下空间与工程学报》 北大核心 2025年第S1期362-370,共9页
陕北地区大采高工作面回采后端头易形成三角悬顶区,导致工作面有害气体积聚,大面积三角悬顶严重威胁矿井安全生产。针对这一难题,基于龙华煤矿20202工作面地质条件,通过UDEC和3DEC数值模拟方法,分别分析了巷道顶部锚杆密度和超前支护作... 陕北地区大采高工作面回采后端头易形成三角悬顶区,导致工作面有害气体积聚,大面积三角悬顶严重威胁矿井安全生产。针对这一难题,基于龙华煤矿20202工作面地质条件,通过UDEC和3DEC数值模拟方法,分别分析了巷道顶部锚杆密度和超前支护作用对围岩变形特征的影响。结合浅埋煤层赋存特点,充分利用围岩的自承载作用,提出了巷道围岩非充分控制方法,在保证支护质量和支护效率的同时,减少锚杆数量,降低支护密度,从而降低端头大面积悬顶的风险。在工程应用中取得了较好效果,结果表明:巷道的顶底板与两帮变形均在合理范围内,巷道支护质量满足生产条件;减少巷道顶部锚杆数量可以有效提高巷道掘进效率;巷道围岩非充分控制方法解决了巷道端头三角区大面积悬顶问题,对于浅埋煤层工作面巷道围岩控制有积极意义。 展开更多
关键词 浅埋煤层 回风巷道 围岩控制 离散元 支护质量
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TBM施工蚀变岩隧洞连续侵限洞段处理方案
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作者 杨凡 武帅 刘登学 《长江技术经济》 2025年第4期66-71,共6页
新疆深埋TBM施工隧洞蚀变岩洞段洞室稳定性差,围岩变形严重,掘进过程中出现了较为严重的围岩和一次支护侵占隧洞断面的现象,影响隧洞输水能力。为保证隧洞连续侵限洞段换拱期间围岩安全稳定,并兼顾现场施工效率,研究提出切实可行的侵限... 新疆深埋TBM施工隧洞蚀变岩洞段洞室稳定性差,围岩变形严重,掘进过程中出现了较为严重的围岩和一次支护侵占隧洞断面的现象,影响隧洞输水能力。为保证隧洞连续侵限洞段换拱期间围岩安全稳定,并兼顾现场施工效率,研究提出切实可行的侵限处理方案具有重要的工程意义。基于室内试验、现场调查、现场监测等成果,分析了蚀变岩洞段的侵限原因,并采用数值分析方法研究了拆换拱间距对连续侵限洞段围岩稳定及相邻钢拱架受力的影响,提出了5个典型断面洞段的最小拆换拱间距建议,以及拆换拱期间围岩及钢拱架的加固方案。研究方法及成果可为类似工程处置侵限问题提供参考。 展开更多
关键词 TBM施工隧洞 蚀变岩 一次支护侵限 拆换拱间距 加固方案
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桩锚参数对边坡地震动力响应的影响及震损机理
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作者 王哲 石振明 +2 位作者 侯卓霖 赵飞 张清照 《地球科学》 北大核心 2025年第10期3929-3942,共14页
我国西南地区广泛分布层状岩质边坡,在地震作用下极易发生失稳破坏,诱发滑坡灾害.预应力锚索-抗滑桩组合支护作为最常用的加固措施,其地震动力响应机制复杂,目前基于震损演化规律的岩质边坡精细化抗震设计方法仍存在明显不足.鉴于此,以... 我国西南地区广泛分布层状岩质边坡,在地震作用下极易发生失稳破坏,诱发滑坡灾害.预应力锚索-抗滑桩组合支护作为最常用的加固措施,其地震动力响应机制复杂,目前基于震损演化规律的岩质边坡精细化抗震设计方法仍存在明显不足.鉴于此,以四川某岩质边坡为例,建立了预应力锚索-抗滑桩组合支护的PLAXIS数值模型,开展了地震作用下抗滑桩位置、长度、间距、锚索预应力与间距等参数的动力响应规律研究,并结合HHT边际谱方法研究震损发育机制与优化支护方案的抗震效能.获得以下主要研究结果:(1)位移响应分析表明易震损区主要分布在滑动面上缘露头与下缘,应分别采用注浆或锚索加密等措施加强;(2)桩身0.3 L~0.4 L区域为震损破坏核心区,适当加长桩长并合理布置间距可降低锚索超限风险,提升整体承载能力;(3)锚索在组合结构中更易破坏,预应力提升有助群锚协同受力,锚索间在震损易发区域加密30%,其他区域适当放宽的差异化布设方案可优化荷载分配、降低坡表动力响应;(4)通过边际谱分析,从震损能量的角度验证了“局部强化,整体协调”方案可抑制上缘震损,边际谱幅值降低约48%.研究成果可为地震区岩质边坡的抗震支护设计提供理论参考与工程依据. 展开更多
关键词 层状边坡 桩锚组合支护 边际谱分析 震损机理 抗震优化 工程地质学
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单护盾TBM掘进洞段岩爆特征与数值模拟研究
15
作者 许史 《吉林水利》 2025年第4期23-27,共5页
为探究复杂地质条件下单护盾隧道掘进机(TBM)掘进过程中岩爆特征及支护结构受力规律,以某输水隧洞为研究对象,基于FLAC3D数值模拟软件建立模型,对典型洞段Ⅱ类和Ⅲ类围岩的岩爆能量分布特征及支护结构应力分布规律进行分析。结果表明,... 为探究复杂地质条件下单护盾隧道掘进机(TBM)掘进过程中岩爆特征及支护结构受力规律,以某输水隧洞为研究对象,基于FLAC3D数值模拟软件建立模型,对典型洞段Ⅱ类和Ⅲ类围岩的岩爆能量分布特征及支护结构应力分布规律进行分析。结果表明,岩爆能量主要集中于掌子面附近,Ⅱ类围岩能量分布范围较小但强度适中,Ⅲ类围岩分布范围更广且强度更高;支护结构的压应力和拉应力分布随围岩类别显著变化,Ⅱ类围岩压应力较大,Ⅲ类围岩局部拉应力较高,存在失稳风险。综上,提出在Ⅲ类围岩段应加强局部支护的优化建议,为单护盾TBM在复杂地质条件下的安全施工和支护设计提供参考依据。 展开更多
关键词 单护盾TBM 数值模拟 岩爆特征 支护结构 FLAC3D
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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
16
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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隧道超挖处充填参数对围岩及支护结构的影响研究 被引量:1
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作者 蒋坪临 廖秋林 +3 位作者 胡皓 江玉生 武福美 江华 《工程地质学报》 北大核心 2025年第1期315-326,共12页
隧道超挖会对隧道的围岩及支护结构产生不利影响,超挖出现后如何选取合适的支护参数来填充超挖空隙处减少超挖带来的影响具有实际意义。本文依托重庆市郊铁路璧铜线云雾山隧道工程,运用解析法和数值模拟方法研究了超挖隧道无支护状态的... 隧道超挖会对隧道的围岩及支护结构产生不利影响,超挖出现后如何选取合适的支护参数来填充超挖空隙处减少超挖带来的影响具有实际意义。本文依托重庆市郊铁路璧铜线云雾山隧道工程,运用解析法和数值模拟方法研究了超挖隧道无支护状态的围岩应力分布以及超挖空隙处3种不同填充参数方案:全部覆盖混凝土、喷射等厚混凝土空隙注浆、扩大钢拱架增大断面的围岩及支护结构受力和位移分布,并与按设计轮廓线开挖理想无超挖隧道的围岩及支护结构的受力和位移分布进行了对比分析,得出了以下结论:塑性区半径与开挖半径呈线性关系,超挖隧道各处开挖半径不均会导致塑性区的形状不均匀。超挖会导致支护结构的受力增大,支护结构在承受不均匀超挖导致的偏压荷载时敏感。对不同支护参数的超挖隧道模拟结果表示不同支护参数在不同方面各有优势,应该结合实际现场情况,选择合理的填充参数方案。 展开更多
关键词 超挖隧道 超挖处支护参数 填充超挖空隙 围岩及支护结构
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深部破裂围岩-锚杆支护时效特性及巷道长时稳定性分析
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作者 李娟娟 孟庆彬 +2 位作者 安刚健 戚振豪 宋子鸣 《中国矿业》 北大核心 2025年第9期244-256,共13页
深部巷道围岩在破裂时往往表现出明显的碎胀蠕变特征,锚网喷支护难以有效控制,导致围岩持续大变形或巷道大面积破坏,严重影响矿井的安全高效生产。深部巷道破裂围岩碎胀蠕变控制已是制约深地矿产资源安全开发的突出技术难题,为探究深部... 深部巷道围岩在破裂时往往表现出明显的碎胀蠕变特征,锚网喷支护难以有效控制,导致围岩持续大变形或巷道大面积破坏,严重影响矿井的安全高效生产。深部巷道破裂围岩碎胀蠕变控制已是制约深地矿产资源安全开发的突出技术难题,为探究深部破裂围岩锚固体的蠕变机理与锚杆的长效作用机制,基于经典的Burgers蠕变模型,通过破裂度变量引入非线性黏壶元件,表征深部破裂围岩的非线性蠕变阶段,将弹性元件表征的锚杆与其并联,构建了深部破裂围岩锚固体的非线性蠕变本构模型,选取立方体试样在最后一级应力作用下的应变-时间曲线对深部破裂围岩立方体试样蠕变本构模型进行参数辨识;采用FLAC3D开展了深部破裂围岩巷道长时稳定性模拟分析,得到了深部破裂围岩变形-支护时效特性曲线,分析了不同锚杆长度和锚杆排距情况下巷道围岩与锚杆的时效相互作用,有效证明了深部巷道围岩变形具有明显的时效性,且锚杆、锚索等支护手段可以有效限制围岩的蠕变变形,同时揭示了埋深(应力水平)和侧压力系数(应力状态)对深部破裂围岩巷道变形和锚杆长时受力的影响规律,确定了锚杆在深部巷道的适用工况,表明锚杆支护具有自身的适应性。研究成果可为解决深部破裂围岩巷道长期稳控难题提供理论依据,对深地资源安全开发具有重要的理论指导与工程应用价值。 展开更多
关键词 深部破裂围岩 蠕变本构模型 锚杆支护特征 长时稳定性 数值模拟分析
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10 m超大采高液压支架关键结构及其承载特性 被引量:1
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作者 韩会军 雷亚军 +2 位作者 张金虎 韩存地 曾明胜 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期1993-2004,共12页
针对10 m超大采高综采工作面围岩控制需求,研发了ZYA29000/45/100D两柱掩护式超大采高液压支架。阐述了超大采高采场围岩垮落及矿压显现特点,总结了10 m超大采高工作面注重顶板、煤壁防护及承受强动载的支护需求;在此基础上研发了10 m... 针对10 m超大采高综采工作面围岩控制需求,研发了ZYA29000/45/100D两柱掩护式超大采高液压支架。阐述了超大采高采场围岩垮落及矿压显现特点,总结了10 m超大采高工作面注重顶板、煤壁防护及承受强动载的支护需求;在此基础上研发了10 m超大采高液压支架,给出液压支架结构关键参数,配套双层伸缩梁+三级协动护帮、?630 mm大缸径抗冲击立柱等创新结构,具备断面全防护、结构抗冲击、架体自稳定等技术特点;以结构稳定性为切入点,在分析工作面倾角及采高对支架稳定性影响的基础上,研究了液压支架对不同工作面倾角及采高的适应性,分析得出支架横向临界倾倒角度为12°,适应采高7~10 m,液压支架在正常工作区域内,其理论支护效率并不会有较大变化,而掩护梁受载是超大采高液压支架与小采高支架的最大区别;针对两柱掩护式支架承载特点,分析了不同支架参数下顶梁力平衡承载区域及其迁移特性,两柱式掩护式支架力平衡区主要集中于立柱部位,立柱与顶梁铰接点位置的变化对力平衡区影响显著,平衡千斤顶参数的变化对力平衡区的影响有限;分析了不同型式护帮结构的煤壁防护性能,阐明双层伸缩梁+三级协动护帮结构在防护力度、防护面积等方面具有明显的优势;通过分析支架在增阻状态下的等效刚度,建立了液压支架动载力学仿真模型,通过模拟试验方法研究了其在“给定变形”工作状态下承受动态载荷的响应过程,得出顶梁承受动载主要通过立柱传递、掩护梁承受动载主要通过四连杆机构进行传递的特点;分析了支架在曹家滩煤矿122104工作面的使用情况,说明ZYA29000/45/100D对10 m超大采高工作面有较好的适应性,且满足工作面超大采高围岩控制需求。 展开更多
关键词 超大采高 液压支架 围岩控制 工作面支护 支护技术及装备
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连采连充式工作面矿压叠加特征及围岩控制技术应用
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作者 杨涛 闵恒 +3 位作者 胡嘉英 陈全秋 张庆国 张书超 《中国安全生产科学技术》 北大核心 2025年第7期99-105,共7页
为解决特厚煤层在连采连充工艺中支巷围岩变形及稳定性难题,采用数值模拟与现场实验相结合的方法,揭示采动应力场时空迁移规律及围岩破坏机制,提出“深层锚索约束+浅层锚杆支护+双向护网”的差异化协同控制技术。研究结果表明:充填后可... 为解决特厚煤层在连采连充工艺中支巷围岩变形及稳定性难题,采用数值模拟与现场实验相结合的方法,揭示采动应力场时空迁移规律及围岩破坏机制,提出“深层锚索约束+浅层锚杆支护+双向护网”的差异化协同控制技术。研究结果表明:充填后可显著降低未开采支巷应力集中水平;充填体-煤柱复合结构因刚度差异导致显著非对称变形;通过“锚索约束深部岩体+锚杆强化浅层结构+护网协同承载”的差异化支护,实现围岩应力场均衡化调控。研究结果可为特厚煤层绿色高效开采提供理论与技术支撑。 展开更多
关键词 特厚煤层 连采连充 围岩控制 数值模拟 差异化支护
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