引水隧洞吸能支护结构支护效果及与围岩协同效应研究

本文研究了吸能抗冲击支架在保护引水隧洞免受岩爆影响、确保安全生产方面的有效性。通过建立通用非线性有限元仿真分析软件阿巴克斯(Abaqus)吸能支护支架和围岩的数值模型,研究在静载荷和冲击载荷下的力学行为,分析包括围岩变形、塑性应变、塑性性质和破坏范围,以评估支撑效果以及与围岩的协同效应。研究结果表明,与普通支撑相比,吸能抗冲击支架的最大变形增加20.40%,最大应力增加4.74%,而围岩的最大变形增加2.91%,最大应力增加10.19%。上述结果表明,吸能抗冲击支架能有效提高支撑的抗冲击性能,并为引水隧洞支撑和围岩提供一定程度的保护。

吸能支护结构在隧道岩爆灾害防治中的应用研究

为提高隧道岩爆灾害的控制效果,提出钢框架和钢管组合式的吸能支护结构,进一步吸收岩爆产生的动能,拦截飞石,加强围岩及隧道整体结构的稳定性。现场试验结果表明,随着隧道挖掘距离增加,拱顶沉降和拱底隆起位移均呈下降趋势,且采用吸能结构时,拱顶及拱底位移数值均小于锚杆支护结构,利用钢框架和钢管可以提高围岩稳定性、降低岩爆风险。数值模拟分析结果表明,在相同冲击力条件下,钢框架和钢管组合式吸能支护结构的吸能大于锚杆支护,当冲击力为600 kN时,吸能支护结构的吸能高达689 kJ,而锚杆支护的吸能仅为294 kJ。随着冲击力持续时间增加,支护结构变形位移呈递增趋势。当冲击力为200 kN时,支护结构的最大变形位移为14 mm。因此利用钢框架和钢管支护隧道,可以有效防治岩爆灾害,提高围岩稳定性,为隧道安全施工提供技术支持。

多孔金属材料刚柔吸能结构及其在冲击地压巷道支护中的应用

多孔金属材料是一种新型功能和结构材料,具有良好的吸能、减震和阻尼特性。根据多孔金属材料的吸能特性,研究了多孔金属材料耗散能量准则,分析了多孔金属材料应用于冲击地压巷道支护的可行性。基于多孔金属材料的耗散能量准则,首次建立了刚柔吸能支护结构模型,将多孔金属材料应用于冲击地压巷道支护结构中,并利用FLAC 3D计算软件,对刚柔吸能支护巷道冲击破坏进行数值模拟。研究结果表明,刚柔吸能支护可高效吸收冲击能量、缓冲作用荷载及大幅度提高巷道围岩的可靠程度,是防治冲击地压发生和降低动力灾害的一种有效方法。