“膏体-矸石”复合承载结构的力学特性试验研究

“充填膏体-垮落矸石”复合充填开采是降低充填成本和提高充填采矿效率的有效手段之一,以试验矿井为工程背景,开展复合承载结构的力学特性研究。研究结果表明:复合承载结构可以采用粒径级配指数为0.4的级配矸石粒径进行模拟;膏体配比为8%水泥、15%粉煤灰、40%河砂、1.2%早强剂时强度最佳;不同膏体配比的复合承载结构,在受载过程中的应力-位移曲线趋势基本相同,可以划分为7个阶段;膏体配比与第1次失稳应力临界值成正相关,与第2,3次失稳临界值成负相关;在高应力条件下,复合承载结构呈现大变形特征,应力指数呈上升趋势,其应力-位移曲线可划分为4个阶段,仅呈现1次明显的应力峰值,第2次失稳破坏临界值与加载速率成正相关;随着应力加载速率的增加,复合承载结构临界值应力增大、位移减小。

新型FGC节点的复合承载性能试验研究

与传统板式节点相比,新型花环齿槽体组合节点(简称FGC节点)的单项承载性能得到了显著的提高。为进一步研究FGC节点的承载性能,对其开展了5组试件的试验。试验结果表明:FGC节点在平面内外组合荷载作用下的破坏模式主要有上下盖板破坏、花环齿槽体破坏以及梁截面断裂;在几何尺寸完全相同的情况下,FGC节点的承载性能明显优于传统板式节点;随着FGC节点盖板厚度的增加,其承载性能得到显著提高。随着轴向荷载的增加,FGC节点的平面外竖向极限荷载明显降低,但屈服荷载较为接近;在加载过程中,与FGC节点所连铝合金梁的腹板和上下翼缘共同传递荷载,充分证明了这种新型节点的传力途径合理。

大采高沿空留巷巷旁复合承载结构的稳定性分析

针对大采高沿空留巷的顶板运动特征,提出了巷旁复合承载结构的概念,通过力学分析,揭示了巷旁结构的稳定机理。研究表明:顶板压力由顶板、墙体和底板共同承担,从而形成"顶—墙—底"复合承载结构;区分不同阶段墙体强度与顶板运动的作用关系,认为初期强度应大于顶板载荷,后期应能适应顶板变形,使墙体强度与顶板运动保持动态协调;大采高时顶板向墙体施加更大的水平力,要确保墙体水平滑移因子小于接触面摩擦系数以实现抗滑自稳;墙体内侧应力不能高于顶底板强度,以免顶底板被切断,外侧应力不能高于墙体强度,以免墙体被压裂,降低墙宽和巷宽可减小墙体载荷,据此得出了墙体和巷道宽度的确定方法。结合4.2 m大采高沿空留巷案例给出了工程验证,采用膏体混凝土充填时,满足巷旁结构稳定条件的巷道宽度为3 m,墙体宽度为4 m,实测结果表明了结论的合理性。

考虑锚固复合承载体效应的巷道安全支护参数分析

考虑锚固复合承载体对巷道支护力和变形量的影响,以锚固复合承载体为结构基础,依据岩石的极限拉压破坏准则并结合芬纳-卡斯特奈公式,对圆形巷道支护力和变形量进行分析研究,推导出锚杆支护巷道最小支护力和最大允许变形量的表达式。基于该表达式经算例分析得出:圆形巷道最小支护力和最大允许变形量与巷道埋深呈线性相关;随着锚固复合承载体厚度和内摩擦角增加,巷道最小支护力减小,巷道最大允许变形量增大;在计算锚杆支护的圆形巷道最小支护力和最大允许变形量时考虑锚固复合承载体的作用更合理。

深埋引水隧洞复合承载结构运行期安全性评价

锦屏二级水电站引水隧洞地下水位高,电站运行期间引水隧洞将承受巨大的外水压力,特别是由于锦屏大理岩所表现出的破裂扩展的时间效应现象,更加大了工程运行期的风险。为此采用了全长钢筋混凝土衬砌方案,与岩体的初期支护和固结灌浆圈形成复合承载结构一起共同保证围岩的稳定。通过分析衬砌结构和灌浆对围岩稳定的作用机理,揭示了复合承载结构对于隧洞长期稳定的重要性,并通过三维渗流场分析计算了减压孔对于衬砌结构的重要性,确定了衬砌边缘的外水压力,计算结果表明按照现有的设计方案能够保证结构的整体稳定性。

“内-外复合承载结构”支护技术在软岩巷道围岩控制中的应用

为控制刘园子煤矿巷道围岩强烈流变现象,保证长期稳定性,采用现场测试、数值模拟、井下试验及矿压观测的方法,综合分析原支护下围岩变形破坏特征及原因,提出"内-外复合承载结构支护技术"并应用于软岩巷道支护实践中。矿压监测结果表明,应用该技术后,锚杆受力稳定,巷道围岩位移较小,无明显离层现象,围岩稳定性增强,对类似条件下软岩巷道治理提供一定借鉴意义。

砂土中裙式吸力基础复合承载特性数值模拟

海上风电基础在服役过程中,长期受到上部结构传递的竖向荷载以及风、波浪等产生的水平荷载及倾覆力矩作用。这些荷载同时作用于基础,导致基础的复合承载特性复杂。针对海上风电裙式吸力基础开展数值模拟,研究裙式吸力基础在复合加载条件下的承载能力:在复合加载条件下,裙式吸力基础的承载能力更大;随着裙结构宽度和高度的增大,裙式吸力基础的复合承载力逐渐增大;绘制了吸力基础在二维复合荷载(竖向荷载-水平荷载、竖向荷载-弯矩荷载、水平荷载-弯矩荷载)作用情况下的破坏包络线图形以及在三维复合荷载(竖向荷载-水平荷载-弯矩荷载)作用情况下的破坏包络面,得到了裙式吸力基础破坏表达式,可指导工程实践。

基于粒子群算法的引水隧洞复合承载结构安全评价方法

为了提高引水隧洞复合承载结构安全评价结果的精度,降低粒子评定误差,文章基于粒子群算法的引水隧洞复合承载结构安全评价方法展开研究。定义动态评价安全评价目标,构建隧洞安全主观权重评价结构,设定粒子转换评价矩阵,构建模糊粒子综合安全评价模型,采用粗糙层级分析法实现隧洞结构安全评价。实验证明:设计的粒子群算法安全评价方法得出的粒子评定误差相对较小,与实际结果相近,评价精度较高,具有一定的实际应用价值。

基于锚固复合承载体的巷道锚杆支护技术

介绍了锚固复合承载体的定义,阐述了锚固复合承载体的作用原理与有关原则,结合工程实例,全面分析采取巷道锚杆支护后在围岩之中所出现的受力状态以及锚杆支护参数的设计步骤和关联影响因素,从理论方面说明围岩和锚杆彼此作用的机理,并在此基础上,给出了适用性好、易于操作的锚杆支护参数。采取锚杆支护方式不但能够改善围岩的受力状态,增强围岩的稳定性,而且还能够起到组合梁的作用,使围岩内部结构更加合理。

锚杆支护参数对锚固复合承载体承载特性的影响

为了分析锚杆支护参数对锚固复合承载体承载特性的影响规律,研究了锚杆直径、锚杆长度和锚杆间排距的影响。分析了围岩移近量和锚固复合承载体测点应力变化规律,得出:围岩移近量和锚固复合承载体测点应力变化规律主要分为3个阶段,然后对锚杆直径、锚杆长度和锚杆间排距对锚固复合承载体承载特性的影响进行了研究。研究得出,随着锚杆直径的增大,顶底板的移近增速逐渐减少;当锚杆长度达到一定数值后,增加锚杆长度,并不能对巷道围岩的加固起到有效的强化作用;锚杆支护密度越大,锚杆所受的残余应力和峰值应力越大、围岩抵抗变形能力越强、复合承载体的强度越大。研究为煤矿巷道支护的设计提功了理论基础。

长壁逐巷胶结充填巷道复合承载体支护研究

长壁逐巷胶结充填开采过程中充填巷道的支护效率极大地影响了掘巷速度,为了简化回采过程中充填巷道两侧处于煤体-煤体、充填体-煤体、充填体-充填体围岩动态组合时的支护,通过数值模拟得出单个开采循环内煤体和充填体的应力演化规律,针对充填巷道周围煤与充填体的不同复合承载特点,设计了3种支护方案,并分析了支护效果。结果表明,单个开采循环内的不同阶段煤体都为复合承载体系中的主要承载部分,其垂直应力最大可达34.4 MPa,应力集中系数为2.33;充填体垂直应力变化范围约为0.5~2.13 MPa,变化幅度小;在掘进过程中减少对充填体侧的支护时,处于3种状态的充填巷道断面收缩率分别为2.84%、4.38%、13.33%,即单个开采循环中存在煤体-充填体复合承载时减少支护对巷道变形影响较小。

锚固复合承载体强度变化规律及其稳定性研究

当围岩的结构、力学性质条件一致时,锚固复合承载体的强度和几何参数主要由锚杆支护参数和几何参数决定的。文章计算了半圆拱形和矩形巷道的锚固承载体的几何参数以及强度,并建立了相应的力学模型,最终获得了锚固复合承载体强度计算简化公式,得出了提高锚固复合复合承载体的方法以及各参数与锚固复合承载体强度的变化规律。然后根据上覆潜在的松动岩层重量,建立了巷道顶板破坏范围计算模型,得出了锚固复合承载体的稳定性判据公式。研究为锚杆支护参数的设计提供理论基础。

深部煤矿泡沫充填复合承载结构强度特征及应用研究

深部煤矿开采带来的复杂环境和开采扰动积累的超高能量瞬间释放易造成冲击地压灾害。为了解决煤矿开采过程中上覆岩层移动及高能量瞬间释放冲击现象,采用实验室实验、数值模拟和现场实践相结合,研究了深部煤矿开采过程中顶板断裂的煤体承载区、协同承载区和泡沫充填体承载区承载特性。通过单轴压缩和声发射试验系统研究了泡沫充填体复合承载结构和破坏特征,揭示泡沫充填体的强度变化及裂纹扩展规律;探究了变形与能量耗散特性关系,应力越大,能量耗散越大,应变越大。采用数值模拟研究了泡沫充填法和直接垮落法应变能密度分布。结果表明:泡沫充填开采应变能密度分布不集中,比直接垮落法峰值低,泡沫充填可有效降低上覆顶板断裂能量释放。以三道沟煤矿45205综采工作面为例,提出了泡沫材料充填体压实吸能控制措施,可降低上覆岩层和采动过程中能量的瞬间释放;对45205综采工作面地表沉降及微震能量监测结果表明,当充填体充填率控制为80%时,与直接垮落法相比,工作面微震总数和释放能量显著降低。研究表明,泡沫充填体能够有效地减少采动岩石能量释放,从而实现矿山冲击地压管理和深部煤矿可持续开采。

水泥搅拌桩单桩及复合地基承载力特性分析

针对软土地基的特点,采用水泥搅拌桩复合地基对路段进行处理,以减少工后沉降、提高地基承载力。以莆田市涵江区火车站站前道路建设项目为依托,分析水泥搅拌桩布置间距、桩径、桩长、水泥土强度等因素对单桩及复合地基承载力特征值与路基沉降的影响,以达到合理优化设计参数、在实际工程中节约成本的目的。

锚杆支护密度对锚固复合承载体承载特性影响规律试验研究

锚杆群的共同作用使锚杆和其锚固范围内的岩体形成一定强度的承载结构,该结构对巷道的稳定性起到至关重要的作用,称之为"锚固复合承载体"。根据自行研制的锚固复合承载体测试系统研究锚杆支护密度对承载体承载特性的影响规律,获得了锚固复合承载体的强度及其破坏特征,揭示了锚固复合承载体中心应力和围岩移近量的变化规律。最后理论计算了锚固复合承载体强度,理论计算结果与修正后实测结果相差不大。

高应力巷道锚固复合承载体及其承载效应研究

采用锚杆支护的巷道,锚杆和其巷道锚固范围内的浅层破碎围岩共同作用形成的具有一定承载能力的结构称为锚固复合承载体,锚杆支护主要改善了承载体内围岩应力分布状态。采用理论分析对锚固复合承载体进行研究,建立围岩-支护相互作用机制的基础。考虑高应力岩体不可压缩性,采用Levy-Mises增量型本构关系对围岩塑性进行表述,并考虑中间主应力的影响,利用修正Mohr-Coulomb强度准则进行高应力锚固巷道围岩力学分析,给出出现塑性变形时的原岩应力阈值。算例与分析的对比结果表明,基于锚固复合承载体承载效应,利用Levy-Mises本构关系修正的Mohr-Coulomb强度准则更适用于高应力场巷道围岩分析。

刚性桩复合地基单桩承载力与复合地基承载力关系探讨

一般软土路基段可采用换填、加固土桩的处理方案,但对于深厚软土路基段、上部荷载较大而对变形要求又比较严格的高路堤段、桥头或通道与路堤衔接段则常采用刚性桩进行处理。《公路软土地基路堤设计与施工技术细则》(JTG/TD31-02-2013)指出刚性桩可不验算复合地基承载力,而采用单桩竖向承载力设计值与桩顶上的荷载压力乘以建筑物桩基重要系数后进行比较。这一提法与常规的采用单桩承载力及复合地基承载力进行方案设计的思路有所不同。文章结合工程实例,分别对各种工况,刚性桩的单桩竖向承载力、桩顶荷载压力以及复合地基承载力进行计算比较,分析在单桩竖向承载力满足桩顶荷载要求时,复合地基承载力是否满足道路附加应力要求并留有较大富余度,为深厚软土段的刚性桩复合地基设计提供一些参考。

复合型承载橡胶隔振器的综合性能

大多数橡胶隔振器由于承载方式单一,无法同时满足承载能力和隔振效果的要求。复合型承载橡胶隔振器充分发挥橡胶材料的优点,可同时承受多种载荷,兼顾各方面的性能要求。通过对复合型承载隔振器进行有限元仿真计算和静动态、超载、抗冲击及隔振效果等各项性能试验,得出该型隔振器的主要性能特点,计算和试验结果满足设计要求。结果表明复合型承载橡胶隔振器可满足较强承载要求,具有良好的隔振抗冲击效果,且在相反方向受力时,可以表现出相同的特性。

基于锚固复合承载体理论的软岩巷道围岩控制

深部软岩巷道一直是煤矿巷道围岩控制的难题。针对贵州盘江恒普煤业21126运输巷掘进期间围岩变形剧烈、多次维修但效果有限、严重影响施工安全和掘进进度的难题,采用锚固复合承载体理论计算了锚固复合承载体的承载能力,分析了巷道破坏的原因,提出了巷道支护参数优化方案。数值模拟和现场应用验证结果表明,巷道变形较优化前有了显著降低,巷道掘进约22 d左右,围岩变形速度大幅降低;32 d内巷道顶板下沉量为127 mm,底鼓量为73mm,两帮移近量为256mm,围岩变形基本稳定。满足了巷道围岩稳定性控制的需要,为软岩巷道围岩的控制和支护技术提供了借鉴和指导。

多桩型组合桩复合地基承载力的可靠度分析

基于优化桩型的观点,将柔性桩和刚性桩组合,刚性桩和散体材料桩组合,形成多桩型组合桩复合地基,充分发挥了柔性桩、刚性桩和散体材料桩的优点,弥补了单一桩型在地基处理中的不足。通过对现有多桩型组合桩复合地基承载力计算方法进行分析,建立了多桩型组合桩复合地基极限承载力可靠度概率分析模型。用JC法进行可靠度计算。通过刚柔组合桩复合地基实例,分析了随机变量的变异性对可靠性指标影响。