四维支护构件协调作用研究

发布时间：2020-10-30 11:44

　　 随着我国地下工程开发向深部发展,高应力、强扰动作用下围岩的变形控制已成为亟需解决的难题之一。四维支护作为一种新型围岩控制技术,其在深部高应力条件下巷道变形的控制作用显著,但支护构件间的协同作用机理仍需深入研究和完善。基于此,本文综合运用理论分析、数值计算和模拟试验等手段,对四维支护体的应力分布特征和变形规律、支护结构的恒阻滑移特性、支护构件间的载荷传递机制等问题进行了系统研究,取得了如下研究成果和创新点:(1)建立了四维支护巷道的力学分析模型,求解得到了巷道围岩应力和位移的解析表达式,揭示了围岩应力、径向位移随支护载荷、距巷道位置的变化规律。(2)构建了四维支护结构恒阻滑移力学模型,得到了结构的恒阻滑移判据,推导了结构恒阻值的多因素相关解析式,探讨了锁具的结构参数、接触界面的摩擦情况及锁具与锁卡间过盈量对临界滑移状态的影响规律;通过有限元数值模拟,进一步得到了锁具应力分布和钢绞线轴力变化规律,阐明了恒阻滑移过程中结构的联动作用机理。(3)利用Workbench仿真模拟,系统研究了护孔碗锁曲率半径、弧度和传力垫块宽度、厚度对支护载荷传递机制的影响规律,分析了支护构件的协同作用机理,给出了参数优化设计的方法。(4)创新设计了四维支护岩体承载特性的模拟试验装置,得到了岩层移动过程中支护体的应力分布和变形演化规律,分析了护孔碗锁尺寸参数和钢绞线预紧力对支护结构承载性能的影响,揭示了岩体与支护构件的协同作用机理。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU45
【部分图文】：

应力分布重新调整而进入新的平衡状态。在新的应力状态稳定后，岩体的变形情况是地下工程作业能否继续进行的关键因素，尤其是巷道围岩。对于巷道围岩的变形控制，通常是利用锚杆或锚索群对围岩的支护作用在内部叠加，形成稳定的承载拱结构，从而承担巷道受到的外部载荷，维持巷道围岩的稳定性。由此可见，在岩体变形载荷作用下，巷道围岩失稳与否的关键在于承载拱的厚度和强度。随着巷道埋深的增大，岩体应力环境愈加复杂，采用传统支护手段难以解决岩体大变形和高矿山压力等问题，巷道的长期稳定难以维持。如图 2-2 所示，对于需要支护的巷道，用集中锚固的方式在岩体上安装锚索时，在预紧力和地应力的作用下，锚固端和锚索托盘之间的岩体内部将形成算盘珠式的压缩锥体，一定间距布置的锚索相互叠加形成连续的压缩带。因为锚索托盘在围岩表面相当于点载荷，所以在锚索间的岩体会存在锥形的拉应力区。当巷道埋深较小时，承载拱的强度足够保持巷道的稳定，同时由于岩体应力不高，拉应力区围岩的脱落不明显，所以对承载拱也相对较为稳定，巷道围岩不会出现大范围失稳；当巷道埋深加大，岩体应力较高，拉应力区的围岩脱落增多，导致承载拱的厚度减小，同时承载拱的强度也难以承担巷道所受外载，巷道极易失稳。

图 四维支护下岩体竖直应力云图 a |¨ §¨| §§ ￡ ¤ ￡ |￡ §§ ￠ | 在四维支护结构作用下，钢绞线上的支护阻力通射，除了在构件的边缘以及之间的接触位置，由大部分处于受压状态。通常来说，岩体的抗压强四维支护作用的岩体稳定性较高，同时也极大地支护结构与岩体的接触面是一个曲面，支护载荷某一点汇聚而形成压力集中区，该区域的位置和参数的优劣。若压力集中区与锚索钻孔的距离过区形成叠加，没有发挥应有的支护效果；若压力，压力集中区扩展不到上部稳定岩层，不能形压力过小，围岩发生较小的变形后，该区域的压力，导致承载拱的逐渐失效。

硕士学位论文表 试验试件一览表 §¨ § ¤ §¨序号 试块编号 混凝土 护孔碗锁曲率半径( ) 钢绞线预紧力( )      5.1.3 试验装置与方法（1）试验装置试验过程中利用 30 t 手动液压穿心千斤顶(图 5-7)对混凝土试块施加载荷，使混凝土试块发生位移以模拟岩体移动，锚索钢绞线预紧力利用锚索张拉器(图5-8)施加。
【参考文献】

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本文编号：2862426