摘要：深部地层高地温、高地应力环境使巷道围岩树脂锚固支护结构稳定性降低,围岩变形有效控制问题亟待解决。因此,研究温度与压力耦合作用下锚杆杆体-树脂锚固剂界面变形破坏机理十分必要。首先,根据两淮矿区深部支护工程现状并结合室内不同温度环境下拉拔试验结果,发现高地温环境下树脂锚固体变形破坏加剧;进一步分析锚固体受拉拔荷载作用轴向、径向破坏模式,将第一锚固界面破坏分为弹性围岩-剪切-滑移型、未贯穿-剪胀滑移破坏及贯穿-剪胀滑移破坏等3种模式。其次,基于弹塑力学分析受围岩应力作用锚固界面不同破坏类型的界面受力状态,考虑高温环境下树脂锚固剂层力学强度弱化,建立温度-围岩应力耦合作用的第一界面失效破坏力学计算模型;分析围岩应力、环境温度及弹性模量比等因素变化对第一界面锚固性能影响的规律,发现第一界面极限轴向荷载随温度升高而降低,围岩处于裂隙发育或裂隙贯穿状态时,围岩应力对第一锚固界面剪切破坏影响程度较未产生裂隙时大幅度增高。最后,结合室内拉拔试验数据对比验证所推导计算方程式的合理性。研究可为深部巷道围岩稳定性控制及锚固支护参数设计提供理论依据。

摘要：为解决冻结斜井明挖段施工过程中,斜井冻结温度场难以准确预测导致开挖时间及速度无法确定的工程难题,以升富煤矿冻结斜井明挖段为研究对象,基于实测地层特性及冻结孔布置参数,采用COMSOL Multiphysics有限元软件,构建三维冻结温度场数值计算模型,对冻结斜井明挖段施工期间温度场的时空演化规律进行数值计算预测分析.计算结果表明:在相同冻结时间条件下,细砂层冻结壁平均温度比中砂层低 0.28～2.39℃,细砂层冻结壁有效厚度比中砂层厚 0.36～0.59 m.在持续冻结88 d后,明挖段冻结壁平均温度低于-12℃,且不同层位的侧帮冻结壁厚度均能达到4 m以上,底板处的冻结壁厚度均达到5 m以上,满足设计开挖需求.在开挖期间,井帮位置暴露的土体存在"热流侵蚀"现象,但在快速开挖施工的条件下,冻结壁的有效厚度并未减小且冻结壁平均温度仍处于-10℃以下,因此开挖过程中不会发生大范围的冻结壁"软化"现象.基于预测结果,制定了现场开挖方案,由现场实测数据可知,在开挖过程中测点及井帮温度出现轻微波动,但整体温度发展趋势较为稳定,表明施工期间冻结壁是安全稳定的.研究成果可为斜井冻结法凿井的安全施工及优化设计提供参考.

摘要：以统一强度理论作为卸载状态下寒区隧道冻结围岩屈服准则,综合考虑围岩非均质特性和中间主应力效应对冻结围岩强度影响,建立寒区隧道应力位移弹塑性力学模型,联合各区域边界条件,计算获得冻结围岩均质与非均质状态下,弹性解、塑性统一解以及塑性区半径的隐式方程,分别对其应力位移场讨论分析。研究表明:考虑冻结围岩的非均质特性,塑性区环向应力峰值增大40%,塑性区范围相对减少40.4%,内壁位移减少9.3%,弹性极限承载力提高41%,塑性极限承载力提高14%,影响显著。中间主应力效应能充分发挥非均质冻结围岩承载潜能,计算得到的承载力明显增大,塑性半径明显减小。所得结果可为寒区隧道开挖支护设计以及数值模拟,提供理论指导。

摘要：为研究通过碱激发方式制作的绿色超高性能混凝土(Green Ultra-high Performance Concrete,GUHPC)在7 d早期阶段的力学性能,设计了相关实验,分析了不同粉煤灰掺量、钢纤维掺量以及水胶比对GUHPC抗压强度和平台巴西圆盘劈裂抗拉强度的影响。通过观测反应物的微观形貌,对比分析不同粉煤灰掺量下生成物的变化情况,以验证结论的可靠性。结果表明,GUHPC的7 d抗压强度随粉煤灰掺量的减少、钢纤维掺量的增加以及水胶比的降低呈现线性增大的趋势。在无钢纤维掺量的情况下,抗压强度达到最低值89.4 MPa,而当钢纤维掺量增加至4%时,抗压强度显著提升至142 MPa,增幅近58.8%。GUHPC的7 d劈裂抗拉强度在钢纤维掺量为4%时达到最高值15.19 MPa。劈裂抗拉强度随粉煤灰掺量的增加和水胶比的增大呈现出先增大后减小的趋势,而随着钢纤维掺量的增加则持续增强。在无钢纤维掺量的情况下,劈裂抗拉强度最低为4.57 MPa;随着钢纤维掺量的增加,其强度提升近2.3倍。

摘要：人工冻土的蠕变特性受温度场、水分场、应力场的相互影响,而传统的岩土本构模型未能考虑温度、含水率等因素。为了表达冻土介于理想固体和理想流体之间的某种“勾兑效应”,基于岩土的经验模型,将分数阶导数理论引入其中,建立受水、热、力三场耦合影响的人工冻土分数阶蠕变模型。将西安某煤矿黏土重塑并进行不同温度、含水率的单轴抗压和单轴蠕变试验,得到温度和含水率对冻结重塑黏土强度特性和蠕变特性的影响规律。分析冻结重塑黏土在不同负温、含水率及两种应力等级下的蠕变曲线,得到lg t-lgε曲线的线性关系,进而得出冻结重塑黏土分数阶蠕变模型相关参数与温度、含水率的函数关系。对比分数阶冻土蠕变模型试验值与计算值,发现该模型能够很好地反映冻土在不同应力等级下其蠕变随温度和含水率的变化规律,对指导寒区冻土工程设计与施工具有重要意义。

摘要：淮南地区分布着广泛的钙质黏土地层,是冻结法施工的重难点,建立合适的力学模型是解决冻结壁设计的关键。以淮南地区钙质黏土为研究对象,进行不同含水率和温度下的单轴抗压试验,得到其应力-应变曲线。基于试验结果,建立描述钙质黏土的修正邓肯-张模型,将修正的邓肯-张模型进行简化、确定参数,并对曲线进行验证,结果表明:在较低含水率下冻结钙质黏土的应力-应变曲线呈现应变软化的趋势,其强度随着温度降低、含水率增大而增大;通过对比修正邓肯-张模型的计算值和试验值,表明所建立的模型能够很好地描述冻结钙质黏土应力-应变曲线的规律。模型的参数较少,易确定,可以为工程实际提供一定的理论依据。

摘要：深部软岩巷道交岔点稳定性控制是地下开采的难题,采区内巷道交岔点受采动应力作用更易发生变形破坏。针对该问题,依托805工作面下伏西二回风巷道交岔点工程背景进行研究,建立考虑工作面采动集中应力影响的巷道交岔点垂直应力计算式,采用数值计算方法分析不同采动应力集中系数、不同交岔角度下交岔点围岩应力及塑性区分布规律。得知随着采动应力集中系数增大,交岔点岩柱应力集中现象加剧、围岩塑性区发育范围增大、交岔点变形破坏加剧。基于上述分析,提出以全长预应力锚杆+锚索+围岩注浆的综合化主动支护方法。结合矿压监测,优化后支护效果良好。研究结果为类似采动应力影响下的巷道交岔点围岩稳定性控制提供技术参考。

摘要：深部煤炭开采中软岩巷道围岩支护问题,尤其是软岩交岔巷道围岩稳定性长期深受关注。由交岔点变形破坏内在原因分析得出,其顶板与三角区岩柱支撑体系是交岔点失稳破坏的薄弱点。基于“等效跨度”概念并结合突变理论建立交岔点顶板-岩柱系统简化受力的尖点突变模型,获得交岔点尖点突变方程及系统失稳破坏的充要判定条件。分析了工程地质因素(埋深H、岩柱弹性模量E)、巷道交岔点结构参数(交岔角度θ、巷道高度h)及支护参数a对交岔点稳定性影响。得出θ、E、a与控制参数v的非线性关系存在曲率变化拐点。当θE>a>h>H,即当围岩较软弱时交岔点稳定性受岩柱强度影响较为强烈,交岔点设计角度不宜小于35°。当θ≥35°,E≥16 GPa时,敏感度顺序为h>H>θ>a>E,即当岩柱强度较高时交岔点稳定性受结构参数影响较大。结合丁集矿深井软岩工程实例,采用理论分析指导交岔点设计参数优化。矿压监测数据表明,优化支护设计有效地控制了西三轨回联巷交岔点围岩变形,验证了理论推导方法的正确性。

摘要：吸取大跨度空间网架结构的优点,制作一种特殊形式的3维钢筋支架,研究其在高应力软岩巷道支护中的适用性。结合潘三矿区典型巷道工程,完成高地压作用下模型结构室内试验,研究3维钢筋支架锚喷结构的受力、变形破坏规律。依据支架结构特点和室内试验结果,设计出全封闭3维钢筋支架锚喷结构用于巷道的治理。最后工业性试验证明,3维钢筋支架锚喷结构设计合理,能充分发挥材料的特性,不但有很高的承载力,而且具有可缩性,满足高应力软岩巷道的支护要求。

摘要：运用一维应力波理论,对分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验中弹性应力波的传播过程进行了分析,得到了试件应力分布相关计算公式,讨论了试件应力平衡时间的影响因素和变化规律。以变截面杆SHPB试验装置对煤矿岩石试件加载为例,计算分析了3种岩石试件在光滑的试验入射波和与其升时相同的理论梯形入射波加载情况下试件应力均匀性和应力平衡时间。发现采用变截面入射杆进行加载,能够实现岩石试件在应力峰值之前达到应力平衡,满足应力均匀性假定要求的有效条件。结果表明,采用理论梯形入射波可以近似代替与其升时相同的试验入射波,预估岩石试件应力均匀性和应力平衡时间,对类似脆性材料的SHPB试验设计具有一定的参考价值。