隨著我國(guó)地下工程開發(fā)向深部發(fā)展,高應(yīng)力、強(qiáng)擾動(dòng)作用下圍巖的變形控制已成為亟需解決的難題之一。四維支護(hù)作為一種新型圍巖控制技術(shù),其在深部高應(yīng)力條件下巷道變形的控制作用顯著,但支護(hù)構(gòu)件間的協(xié)同作用機(jī)理仍需深入研究和完善�；诖�,本文綜合運(yùn)用理論分析、數(shù)值計(jì)算和模擬試驗(yàn)等手段,對(duì)四維支護(hù)體的應(yīng)力分布特征和變形規(guī)律、支護(hù)結(jié)構(gòu)的恒阻滑移特性、支護(hù)構(gòu)件間的載荷傳遞機(jī)制等問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)研究,取得了如下研究成果和創(chuàng)新點(diǎn):(1)建立了四維支護(hù)巷道的力學(xué)分析模型,求解得到了巷道圍巖應(yīng)力和位移的解析表達(dá)式,揭示了圍巖應(yīng)力、徑向位移隨支護(hù)載荷、距巷道位置的變化規(guī)律。(2)構(gòu)建了四維支護(hù)結(jié)構(gòu)恒阻滑移力學(xué)模型,得到了結(jié)構(gòu)的恒阻滑移判據(jù),推導(dǎo)了結(jié)構(gòu)恒阻值的多因素相關(guān)解析式,探討了鎖具的結(jié)構(gòu)參數(shù)、接觸界面的摩擦情況及鎖具與鎖卡間過(guò)盈量對(duì)臨界滑移狀態(tài)的影響規(guī)律;通過(guò)有限元數(shù)值模擬,進(jìn)一步得到了鎖具應(yīng)力分布和鋼絞線軸力變化規(guī)律,闡明了恒阻滑移過(guò)程中結(jié)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)作用機(jī)理。(3)利用Workbench仿真模擬,系統(tǒng)研究了護(hù)孔碗鎖曲率半徑、弧度和傳力墊塊寬度、厚度對(duì)支護(hù)載荷傳遞機(jī)制的影響規(guī)律,分析了支護(hù)構(gòu)件的協(xié)同作用機(jī)理,給出了參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。(4)創(chuàng)新設(shè)計(jì)了四維支護(hù)巖體承載特性的模擬試驗(yàn)裝置,得到了巖層移動(dòng)過(guò)程中支護(hù)體的應(yīng)力分布和變形演化規(guī)律,分析了護(hù)孔碗鎖尺寸參數(shù)和鋼絞線預(yù)緊力對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)承載性能的影響,揭示了巖體與支護(hù)構(gòu)件的協(xié)同作用機(jī)理。
【學(xué)位單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU45
【部分圖文】：

應(yīng)力分布重新調(diào)整而進(jìn)入新的平衡狀態(tài)。在新的應(yīng)力狀態(tài)穩(wěn)定后，巖體的變形情況是地下工程作業(yè)能否繼續(xù)進(jìn)行的關(guān)鍵因素，尤其是巷道圍巖。對(duì)于巷道圍巖的變形控制，通常是利用錨桿或錨索群對(duì)圍巖的支護(hù)作用在內(nèi)部疊加，形成穩(wěn)定的承載拱結(jié)構(gòu)，從而承擔(dān)巷道受到的外部載荷，維持巷道圍巖的穩(wěn)定性。由此可見，在巖體變形載荷作用下，巷道圍巖失穩(wěn)與否的關(guān)鍵在于承載拱的厚度和強(qiáng)度。隨著巷道埋深的增大，巖體應(yīng)力環(huán)境愈加復(fù)雜，采用傳統(tǒng)支護(hù)手段難以解決巖體大變形和高礦山壓力等問(wèn)題，巷道的長(zhǎng)期穩(wěn)定難以維持。如圖 2-2 所示，對(duì)于需要支護(hù)的巷道，用集中錨固的方式在巖體上安裝錨索時(shí)，在預(yù)緊力和地應(yīng)力的作用下，錨固端和錨索托盤之間的巖體內(nèi)部將形成算盤珠式的壓縮錐體，一定間距布置的錨索相互疊加形成連續(xù)的壓縮帶。因?yàn)殄^索托盤在圍巖表面相當(dāng)于點(diǎn)載荷，所以在錨索間的巖體會(huì)存在錐形的拉應(yīng)力區(qū)。當(dāng)巷道埋深較小時(shí)，承載拱的強(qiáng)度足夠保持巷道的穩(wěn)定，同時(shí)由于巖體應(yīng)力不高，拉應(yīng)力區(qū)圍巖的脫落不明顯，所以對(duì)承載拱也相對(duì)較為穩(wěn)定，巷道圍巖不會(huì)出現(xiàn)大范圍失穩(wěn)；當(dāng)巷道埋深加大，巖體應(yīng)力較高，拉應(yīng)力區(qū)的圍巖脫落增多，導(dǎo)致承載拱的厚度減小，同時(shí)承載拱的強(qiáng)度也難以承擔(dān)巷道所受外載，巷道極易失穩(wěn)。

圖 四維支護(hù)下巖體豎直應(yīng)力云圖 a |¨ §¨| §§ ￡ ¤ ￡ |￡ §§ ￠ | 在四維支護(hù)結(jié)構(gòu)作用下，鋼絞線上的支護(hù)阻力通射，除了在構(gòu)件的邊緣以及之間的接觸位置，由大部分處于受壓狀態(tài)。通常來(lái)說(shuō)，巖體的抗壓強(qiáng)四維支護(hù)作用的巖體穩(wěn)定性較高，同時(shí)也極大地支護(hù)結(jié)構(gòu)與巖體的接觸面是一個(gè)曲面，支護(hù)載荷某一點(diǎn)匯聚而形成壓力集中區(qū)，該區(qū)域的位置和參數(shù)的優(yōu)劣。若壓力集中區(qū)與錨索鉆孔的距離過(guò)區(qū)形成疊加，沒有發(fā)揮應(yīng)有的支護(hù)效果；若壓力，壓力集中區(qū)擴(kuò)展不到上部穩(wěn)定巖層，不能形壓力過(guò)小，圍巖發(fā)生較小的變形后，該區(qū)域的壓力，導(dǎo)致承載拱的逐漸失效。

碩士學(xué)位論文表 試驗(yàn)試件一覽表 §¨ § ¤ §¨序號(hào) 試塊編號(hào) 混凝土 護(hù)孔碗鎖曲率半徑( ) 鋼絞線預(yù)緊力( )      5.1.3 試驗(yàn)裝置與方法（1）試驗(yàn)裝置試驗(yàn)過(guò)程中利用 30 t 手動(dòng)液壓穿心千斤頂(圖 5-7)對(duì)混凝土試塊施加載荷，使混凝土試塊發(fā)生位移以模擬巖體移動(dòng)，錨索鋼絞線預(yù)緊力利用錨索張拉器(圖5-8)施加。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2862426