摘要：为掌握方钢约束混凝土拱架套管节点的力学特性,分析了套管节点抗弯力学行为模式,进行了套管节点铰-刚临界转角的计算与讨论,提出了铰-刚模式判据.进行了套管节点纯弯曲数值试验,得到了套管节点典型4阶段M-Δφ全过程曲线,揭示了曲线OA阶段产生的原因及对构件抗弯性能的影响规律,掌握了套管节点的典型抗弯行为模式及基本力学性能参数;明确了原始曲率及其他参数(混凝土强度fcu,k、套管长度l、套管壁厚t、间隙δ等)对构件极限弯矩Mue、临界曲率增量Δφ0、等效抗弯刚度(Ki,Ks)等力学参数的影响规律.在此基础上指出了新型拱架套管节点参数的设计思路.

摘要：为厘清钢管混凝土拱架支护的发展脉络,全面掌握其应用及研究现状,首先对常规U型钢拱架支护现状及问题进行了分析和评述,明确了钢管混凝土拱架支护技术的产生和发展背景。在此基础上,分别从基本原理、现场实践、力学试验、数值模拟、理论计算等方面对发展现状进行了详细分析和阐述。最后,总结了钢管混凝土拱架支护目前的发展形势及显著优势、存在的理论和技术问题及下一步研究重点。主要结论显示:1以2000年为界,可将钢管混凝土拱架支护发展大致分为尝试性实践阶段和研究应用阶段,十余年来发展愈发迅速且获得了良好的支护效果及经济效益反馈;2开展了上百次拱架及构件力学试验,初步掌握了其宏观承载特性,但对承载失效机理的认识尚待深入,同时缺少统一的试验规范;3拱架承载力计算采用轴压极限承载判据,不能满足精度要求;4拱架-围岩相互作用等理论问题及部分关键技术难题,使钢管混凝土拱架支护体系设计理论尚不完善,目前设计施工仍以经验为主。

摘要：为深入研究U型约束混凝土拱架的力学性能及破坏特征,以直腿半圆形拱架为例,考虑荷载、侧压力系数、节点刚度比、截面刚度、高-径比等影响因素,建立任意节数的U型约束混凝土拱架的力学模型,得到直腿半圆形拱架理论计算方法。综合分析了U型约束混凝土拱架的力学性能及破坏特征,开展地下工程约束混凝土拱架1∶1室内力学试验,结合理论计算、数值试验和实体比例室内试验,证明了任意节数U型约束混凝土拱架理论计算的正确性。研究表明:内力受荷载、侧压力系数和高-径比的影响较大;理论计算中内力最大的两个部位为直腿3/4高度位置和拱顶位置;在均压情况下,直腿半圆形拱架的变形形态为"拱顶上升,拱腿内敛,整体变瘦高"。研究成果可为深部巷道U型约束混凝土拱架力学性能及破坏特征研究提供理论和试验依据,为现场工程设计实践提供指导。

摘要：为优化地铁暗挖车站支护参数,提供设计依据,明确锚杆在不同预应力下支护效果的差异,采用FLAC3D建立隧道数值模型,通过锚固剂和link参数分段赋值处理实现锚杆托盘段、自由段、锚固段模拟,并赋予预应力,以某地铁6号线暗挖车站为分析对象,与常规非预应力锚杆进行对比,结合现场应用与现场监测进行结果反馈。数值计算结果显示:1)锚杆预应力使围岩拉应力区显著减小或消失,塑性区减小;2)改善围岩应力状态的主动支护作用明显;3)当预应力达到40 k N以上时,拱顶塑性区消失,边墙最大拉应力为36.3 k Pa;4)当预应力为80 k N时效果显著,拱顶无塑性区,边墙最大拉应力减小到13.9 k Pa;5)现场监测数据显示,格栅钢架最大压应力为34 MPa,混凝土最大压应变为249με,拱顶最大沉降为2.3 mm,在预应力锚杆支护下隧道安全稳定。

摘要：为进一步完善基于FLAC^(3D)的可破断锚杆单元,分析了以任意单元极限伸长量为破断判据的原可破断锚杆单元存在的缺陷;提出了基于锚杆自由段总体伸长量的锚杆破断判据,修正了原可破断锚杆单元;开展了锚杆杆体拉伸试验,结果表明修正后的可破断锚杆单元更加符合实际。以深部煤矿实际工程为背景,进行了数值模拟对比分析,结果表明:自带cable单元不具有破断属性,将会使支护设计偏于危险;原可破断锚杆单元方案中锚杆过早地全部发生破断,实际锚固效果被抑制;修正后的可破断锚杆单元能准确反映实际锚固效果,与工程实际更吻合。进一步开展了锚固参数正交试验,结果显示锚杆破断率随间排距增大而显著增大,随锚固长度和预紧力的增加先增加后减小,受预紧力影响相对最不显著;基于此提出了深部煤巷锚固参数优化原则,并得到现场验证。

摘要：为掌握钢管混凝土拱架套管节点压弯力学特性,考虑核心混凝土强度等级、套管长度、套管壁厚、套管间隙4个影响因素,设计了正交试验方案。采用ABAQUS开展了数值试验,并通过室内试验进行了验证;分析了套管节点偏压作用下的运动及受力变形模式;得到了套管试件的Mu-Nu曲线,拟合了试件的压弯承载力表达式;对极限承载力的正交分析发现,核心混凝土强度、套管长度分别是影响试件轴压承载力和抗弯承载力的主要因素,其他因素的影响很小;套管节点的存在使试件的轴压承载力降低30%左右,也使试件的抗压弯综合能力降低,且套管越短,降低越明显。

摘要：U型钢管混凝土拱架作为1种新型的巷道支护形式,具有承载力高、稳定性好的优点。基于U型钢管混凝土的施工特点,详细阐述了U型钢管混凝土拱架立体支护体系的设计内容、施工工艺原理及施工流程,研究了其关键施工过程及操作要点,并在赵楼煤矿成功应用,取得了良好的支护效果。

摘要：针对深井高应力巷道支护难题,基于常规U型钢拱架设计了一种U型约束混凝土(UCC)支护系统。为明确支护系统核心构件UCC拱架的力学性能及变形破坏机制,采用自主研发的地下工程约束混凝土拱架1∶1力学试验系统,并结合数值计算方法,开展了系统的试验研究。结果表明,均压加载条件下,室内试验UCC29拱架的屈服荷载为1 230 k N,极限荷载为1 310 k N,数值模拟与室内试验结果相差仅为8.86%和12.5%,拱架整体呈现"拱顶上升,拱腿内敛,整体变瘦高"的变形形态,最大变形部位在拱腿中部至起拱点位置。拱架变形破坏机制为局部强度破坏造成拱架整体失稳。现场应用效果显示,UCC拱架具有显著的围岩控制效果,为深井高应力巷道提供了一种新型支护形式。

摘要：对煤巷顶板事故原因和机理进行了总结分析,指出现有煤巷掘进支护过程中顶板事故多发的主要原因是迎头地质情况调查不明、地质条件突变时缺少相应的预警机制和合理的应对措施。经过探讨指出利用煤巷超前地质预报技术预防顶板事故是可行的。通过对巨野矿区某矿煤巷多次冒顶事故教训的总结,指出建立合理的冒顶事故预警机制并设计相应支护预案的必要性,在此基础上提出了基于超前地质预报的煤巷顶板事故支护预案防治方法。以"地质先行、物探紧跟、钻探核实、预案配套、监控反馈"为指导方针,注重各预报环节的反复推演与相互修正。利用该方法成功预防了多起冒顶事故的发生,并对其中一起案例进行了深入分析,显示该方法具有较理想的预报效果,以锚索梁为主的支护预案可以有效控制断层区巷道变形,防止冒顶事故发生,并具有很好的经济性指标。

摘要：根据大断面厚顶煤巷道顶板的破坏特性,考虑了顶板围岩应力水平与支护荷载的影响,利用Hoek-Brown强度准则及其相关联的流动法则,构造出厚顶煤巷道顶板的冒落破坏机构。基于塑性力学中的上限分析方法,结合变分原理,推导得到了大跨度厚顶煤巷道顶板的冒落破坏机制,并以赵楼煤矿某巷道现场实践为例,分析了不同计算参数对顶板冒落破坏机制的影响。计算研究表明:随着岩体经验参数A、抗拉强度、抗压强度及支护荷载的增加,冒落体尺寸随之增大,而当岩体经验参数B、围岩应力及岩体重度增加时,冒落体尺寸则随之减小;冒落体尺寸代表了巷道顶板安全性能的大小,其尺寸越大,表明使巷道顶板发生冒落破坏所需外力功越多,顶板安全性能也越高;岩体经验参数B、围岩应力水平与支护荷载对顶板围岩破裂机制影响较为显著,参数B决定了冒落体的破裂形状,随着参数B的增加,冒落破裂迹线的曲率不断减小;增大支护阻力是提高顶板稳定性的有效途径,其研究结果可为大断面厚顶煤巷道支护设计提供一定的理论依据。