三心拱断面地下管廊结构地震动力响应分析

针对地下管廊抗震的问题,以郑州市耿河变电站到博文变电站之间的三心拱断面地下管廊为研究对象,利用ANSYS Workbench软件建立三维实体模型,对其进行前6阶的模态分析,发现该管廊存在纵向振动、竖向振动、横向振动以及转动。基于模态分析,对管廊在水平地震和竖向地震作用下的位移响应、加速度响应和主应力响应进行分析。结果表明:最大的水平和竖向位移峰值分别为-24.222 mm和-8.954 mm;最大加速度峰值分别为3354.2 mm/s^(2)和1646.0 mm/s^(2);第一主应力峰值分别为514.7 kPa和244.15 kPa;第三主应力峰值分别为-608.15 kPa和-256.71 kPa,可得出水平地震占主导作用。对管廊的横向地震动力时程进行分析,改变频谱特性、结构材料强度、结构埋深等参数,分析其对管廊抗震性能的影响。得到研究的管廊结构在地震波频谱特性约为1.1 Hz时最为敏感;混凝土强度的改变对管廊结构的动力响应影响不大;随管廊埋设深度的增加,周边土压力加大,使其内力逐步上升。

深埋隧道三心拱洞室平面应变模型试验研究

随着隧道的埋深增加、地应力将进一步增加、岩体变形的非线性效应进一步显现,为研究深埋隧道围岩的受力变形特点,以重庆市共和隧道为工程背景,进行深埋隧道平面应变模型试验研究。自行研制了满足工程围岩抗压强度、弹性模量、抗拉强度、泊松比、内摩擦角等指标要求的相似材料,应用内窥摄影技术,全程跟踪了模型试验破坏的全过程,采用"过程分析"的方法,研究高应力条件下隧道关键部位的变形特征、裂纹演化特征。试验结果表明,高应力条件下,洞室围岩变形局部化现象严重,变形发展呈现阶段性、延发性和不对称性;初始围岩损伤是后期急剧破坏的诱因,整个破坏过程可以分为:裂纹局部扩展、裂纹急剧贯通、残余强度三个阶段;已破坏岩体仍然具有承载能力,其残余强度对围岩稳定性具有重要意义。

立式微铣床龙门结构的对比与优化设计

在立式微型铣床的设计初期,需关注机床整体承载结构的设计和布局,为达到设计精度要求提供必要的保障。从提高立式微铣床龙门结构刚度的角度出发,首先利用Ansys软件对四种常见龙门结构模型进行静力学分析和模态分析,并对比了各结构的静动态刚度特性;在对比结果的基础上,提出了一种基于三心拱的新型龙门结构,并通过仿真验证了该结构静动态刚度的优越性。最后在以减小静力变形量和提高一阶固有频率为目标,对新型三心拱龙门结构的高度和跨度参数进行了优化设计,实现了微铣床龙门结构静动态刚度的提升。

可考虑任意围岩压力分布形式的隧道衬砌计算分析

以大型通用软件ANSYS为平台,采用静力等效原则,把压力转化为相应的节点荷载,解决了隧道围岩压力与节点位置相关又不与衬砌结构垂直的输入问题.利用ANSYS的参数化高级设计语言,编制了适合任意三心圆拱衬砌断面和不同围岩压力分布形式的隧道衬砌内力和偏心距的通用计算程序.这为隧道设计提供了很大的方便.以武广客运专线双线浅埋隧道为例进行了计算分析.结果表明:对于埋深较浅的隧道,如果拱顶围岩压力按均布进行计算,结果会产生较大误差.围岩压力仅按均布设计的隧道,拱腰易出现开裂;围岩压力仅按马鞍型设计的隧道,拱顶易出现开裂;最好采用多种围岩分布形式进行隧道设计与验算.

椭圆拱代替三心拱巷道断面的分析研究

为了研究椭圆拱代替三心拱巷道断面的可行性,采用理论计算和数值模拟方法,对椭圆拱与三心拱巷道断面的几何尺寸误差、位移特征和应力特征等进行分析,研究表明:三心拱与椭圆拱巷道断面尺寸误差远小于《煤矿安全质量标准化考核评级办法》中所规定的误差要求;两类巷道的位移特征基本相同;在巷道围岩浅部,椭圆拱断面巷道的垂直应力和水平应力均较三心拱巷道的小,随着向围岩深部发展,椭圆拱断面巷道应力增加幅度较三心拱巷道快,但对支护影响不大。

基于椭圆画法原理在三心拱巷道施工中放样的可行性研究

在煤矿三心拱形断面巷道施工中,对三心拱巷道进行放样和工程质量验收是一个难题,为了研究三心拱巷道快速放样和测量的方法,通过对三心拱巷道与椭圆弧巷道误差分析,提出在三心拱巷道中采用椭圆画法的原理进行快速放样和测量是可行的,解决了煤矿在三心拱巷道掘进中施工放样和施工质量检查时测量的难题。

厚顶煤夹矸顶板下巷道复合支护技术研究

针对厚顶煤夹矸顶板传统支护方案下巷道围岩变形量大,垮落威胁严重的问题,以信湖煤矿81采区818工作面运输巷为研究对象,采用理论分析、FLAC^(3D)数值模拟方法,对原始支护参数进行优化研究,提出了厚顶煤夹矸顶板下"三心拱U型钢棚+锚索梁+锁腿梁"复合支护技术,解决了巷道支护的难题。井下试验和现场实测结果表明:复合支护后,巷道围岩应力状态明显改善,顶板下沉量控制在50mm,锚索稳定支护载荷332kN,为其破断载荷的56.9%,可以对巷道起到良好的支护作用,满足矿井安全高效生产的需求。

地震下某三心圆双向钢桁架结构体系动力弹塑性失效分析

运用SAP2000结构分析软件与塑性铰理论,对某兼具地震避难所功能的三心圆双向钢管拱桁架结构的大跨公共建筑进行了地震波作用下的动力弹塑性性能分析,考虑了几何和材料双重非线性影响,获得了结构的变形形态、失效类型、塑性发展程度和延性性能,并基于其失效形态对强震下的抗震性能进行了评定。结果表明:该结构在强震作用下的失效模式是,三心圆拱桁架在变曲率处和支座处的关键弦杆、腹杆陆续进入不同阶段的塑性铰并形成局部塑性铰集中区域,导致结构沦为机构而失效;该结构在地震波下的失效界限地震加速度峰值为595gal,最大竖向变形为跨度的1/207,结构各方向延性系数均大于4,具有较好的塑性变形能力,可满足8度抗震设防区在罕遇地震作用下的安全性能要求。

砂层中三联拱暗挖地铁隧道中洞法施工技术

三联拱结构在暗挖地铁车站浅埋暗挖中已经越来越普遍的被采用,该结构的暗挖大多采用安全性高,灵活性好,可操作性强,机械化程度低,出土效率高,工序间干扰较少的中洞法施工技术。北京地铁四号线石榴庄路站三联洞暗挖段穿越粉质粘土和中粗砂地层,采用中洞法施工,即中洞先行开挖,然后开挖两侧隧道,分部衬砌,施工过程中受力转换复杂,分部沉降对地层影响大,通过采用合理施工方法,信息化调整支护参数,有效控制了地面沉降,确保了结构的安全稳定。

Numerical simulation of airflow distribution in mine tunnels

Based on 3D modelling of typical tunnels in mines, the airflow distribution in a three-center arch-section tunnel is investigated and the influence of air velocity and cross section on airflow distribution in tunnels is studied. The average velocity points were analyzed quantitatively. The results show that the airflow pattern is similar for the three-center arch section under different ventilation velocities and cross sectional areas. The shape of the tunnel cross section and wall are the critical factors influencing the airflow pattern. The average velocity points are mainly close to the tunnel wall. Characteristic equations are developed to describe the average velocity distribution, and provide a theoretical basis for accurately measuring the average velocity in mine tunnels.

简化三心圆拱巷道施工开挖轮廓线的画线方法

井巷工程开挖成型质量除了地质因素和打眼质量影响外,成型控制不好的主要原因是巷道施工轮廓线画的不准确,这与画线方法不可靠有着直接的关系,特别是用传统的方法画三心圆拱巷道轮廓线工作量大、所需数据多、费时、费力、且不可靠。文章通过分析和实践,根据三心圆与椭圆的近似关系,应用椭圆定义发明了一种快捷、方便、精确的画线方法及工具,且使用数据极少,有效地解决了三心圆拱巷道开挖成型的质量问题。

三心拱形巷道锚索超前支护研究及应用

针对回采工作面单体支柱超前支护存在支护强度不足、工人劳动强度大等问题,提出了采用超前锚索主动支护替代原有的单体支柱被动支护的技术方案,并针对协庄煤矿三心拱巷道建立了围岩变形预计模型,通过理论分析得到了巷道合理超前支承力为0.83 MN,而超前锚索支承力可达到1.52 MN,满足超前支护需要;确定了巷道超前支护技术参数为:顶板每排布置3根22.0 mm×8300 mm超前锚索,排距1000 mm;在协庄煤矿11101工作面回风巷进行了应用,并在工作面推进过程中检测了超前支护段的围岩松动圈、围岩变形及锚索受力等参数,得到超前支护范围内围岩变形较小,围岩稳定,且锚索工作阻力仅达到抗拉强度35%左右,验证了超前锚索支护的可行性,改善了超前支护作业环境。研究不仅可以指导本矿其他工作面超前支护,也可以在其他类似矿井推广使用。

深部极软岩煤巷长距离综掘技术研究

针对新安矿区深部极软岩煤巷底鼓、巷道全断面内缩、锚杆(索)拉断、反复修护等现象较为严重的现状,分析了回采巷道破坏特征及原因,提出了采取三心拱拱形断面、拱顶全锚索、两帮"锚杆+锚索"联合支护、综合机械化掘进、增设联络巷等综合措施,施工实践表明基本控制了深部极软岩煤巷围岩变形,为复杂地质条件下煤巷长距离掘进提供了一定的借鉴意义。

三心拱主要几何参数间系数值的理论修正

三心拱主要几何参数间关系,即跨度(B)和拱高(H)、大圆弧半径(R)和圆心角之半(α)、小圆弧半径(r)和圆心角(β)之间系数的计算表达式,是三心拱有关问题研究的基础。通过理论推导,得出了三心拱主要几何参数R、r、α、β关于B、H/B的计算表达式,理论计算结果修正了三心拱主要几何参数间系数的近似值。根据三心拱几何关系的特性,提出了精确绘制三心拱的方法。

无托槽隐形矫治器扩展上颌牙弓时附件对牙齿整体移动影响的三维有限元分析

目的:研究无托槽隐形矫治器扩展上颌牙弓时附件的种类、大小、位置对牙体位移趋势、牙周膜应力分布的影响,为临床隐形矫治方案设计提供参考。方法:通过三维有限元技术建立五组无托槽隐形矫治器扩展上颌后牙牙弓的模型:(1)颊侧3 mm×2 mm×1 mm大小的水平矩形附件;(2)颊侧2 mm×3 mm×1 mm大小的垂直矩形附件;(3)颊侧3 mm×2 mm×1 mm大小的优化扩弓支持附件;(4)颊侧5 mm×3 mm×1 mm大小的优化扩弓支持附件;(5)颊侧和腭侧各一个5 mm×3 mm×1 mm大小的优化扩弓支持附件。模拟上颌后牙附件种类、大小、位置对无托槽隐形矫治器扩展上颌后牙牙弓的控根效果。结果:第二前磨牙、第一磨牙的颊侧和腭侧各放置一个5 mm×3 mm×1 mm大小的优化扩弓支持附件的模型,扩弓时其旋转中心更靠近根尖,其控根效果最好。结论:扩弓时前磨牙的控根效果优于磨牙;扩弓时优化扩弓支持附件对后牙控根效果较好,扩弓效果最好。

芦岭煤矿Ⅲ1024底板巷支护与围岩类型稳定性分析

以芦岭煤矿Ⅲ1024底板巷工程地质条件为背景,通过FLAC^(3D) 5.0有限元差分软件,分析该底板巷在不同围岩类型条件下巷道开挖后,在相同支护方案下围岩破坏以及巷道变形情况。研究表明:由于在巷道开挖过程中两帮应力集中逐渐向下底板下移,导致底板应力过大。因此泥岩巷道底臌尤为严重。随着岩性的变化,巷道两帮位移较为显著,顶底板位移差别不大,两帮应力区逐渐降低,巷道水平应力回升至原岩应力更加困难。通过现场矿压监测数据来分析实际巷道围岩变形情况,并提出改善方案,从而保障巷道围岩稳定性,达到工程实际要求。

深部煤巷开掘断面优化的数值模拟研究

从深部煤巷的赋存条件为入手,测试分析了刘庄煤矿深部煤巷的围岩力学特性,比较了直墙三心拱、矩形、直墙拱3种断面的围岩稳定性,从塑性区、垂直位移及垂直应力分布分析得到,当巷道为三心拱、直墙拱、矩形时,巷道顶板塑性区为1.5、2.5、1.5 m,底板塑性区宽度为1、1.5、1 m,两帮塑性区宽度1、2、1.5 m;垂直应力分别为21、21.7、22.2 MPa;顶底板移近量分别为40.8、85、100 mm,综合分析得到深部煤巷开掘为直墙三心拱形断面最为有利,为类似条件巷道开掘断面优化提供了借鉴。

谈任意三心拱巷道设计的参数和计算

介绍了所推导的任意三心拱巷道计算公式，并修正了拱形巷道传统的设计与计算。

任意三心拱和圆弧拱巷道断面积的计算

文中推导出了任意三心拱和圆弧拱巷道断面积计算的公式。在《采矿设计手册》第３卷载的圆弧拱巷道断面积公式是近似计算的，其值比本文推导公式的值稍小。

给定拱高和跨度时三心拱的任意形态设计

对《采矿工程设计手册》中的标准三心拱断面设计参数的几何关系进行分析,并利用数学手段对公式进行扩展,推导得出标准三心拱弧拱图形任意形态设计的通用公式。利用通用公式可对顶弧圆心角在其定义域内进行任意调整,确定相应的弧拱半径及弧长等数值,使设计人员在工程实践中能对三心拱进行任意形态弧拱图形设计,解决原有公式在三心拱拱高和跨度给定时只能有单一形态图形设计的不足,从而提高三心拱弧拱图形设计在工程实践中的适用性。