深部巷道方钢约束混凝土拱架力学性能及影响因素研究

对全尺寸直腿半圆形拱架进行了室内试验和数值分析,室内试验表明:拱架的变形破坏呈现"拱腿内挤,拱顶外凸"的特点,拱腿和拱顶部位的钢材达到塑性状态,极限承载力Fe=1 228kN.针对充填C30~C80强度混凝土以及壁厚4~12 mm的SQCC拱架的数值分析表明:SQCC150-8-C30拱架的极限承载力为1 217kN,拱架极限承载力差异率为0.89%,拱架变形破坏特征和钢材的应力应变状态都和室内试验结果吻合.通过数值分析可见钢管壁厚比核心混凝土强度对拱架极限承载力的影响更为显著;建议壁厚8mm,C30或C40核心混凝土强度的SQCC拱架较为适用.     

Ninf:全局计算通信库

介绍了一个高性能的通信库：Ninf。Ninf是一个正在不断发展中的全局网络计算基本设施工程。它允许用户获取包括硬件、软件和科学数据在内的计算资源,这些资源分布于广大网络区域中。当Ninf远程库在远程Ninf服务器上可执行时,计算资源可被共享。用户可用Ninf远程过程调用（RPC）调用库建立一个应用。为了位置透明性和网络并行性,Ninf元服务器（MetaServer）保存计算服务器和数据库的全局资源信息,为达到全局负载平衡分配和调度精粒度计算。     

基于切削能密度的岩体强度-裂隙随钻识别方法（英文）

岩体强度与裂隙参数是反映工程岩体质量的基本参数,其准确获取是进行地下工程围岩分级与支护合理设计优化的前提。传统的岩体强度测试方法需要对现场围岩取芯并运至实验室测试,测试结果难以反映工程现场环境下的岩体力学性质,而对于岩体强度与裂隙参数的原位测试方法研究较少。本文基于能量守恒定律,建立了岩石切削能密度与随钻参数的关系式,构建了岩体等效强度随钻反演模型(ES-DP模型),系统开展了岩体数字钻进试验。结果表明,相对于传统测试方法,岩体等效强度随钻测试结果平均差异率为2.4%,验证了ES-DP模型对岩体等效强度测试的有效性。在此基础上,建立了岩体裂隙参数随钻识别模型,与实际测量结果相比,该模型测得的岩体裂隙位置与宽度平均精度分别为1.8和1.6 mm,测试精度较高。基于上述研究,本文提出了一种岩体强度-裂隙随钻识别方法,为实现地下工程围岩强度参数与结构特征的原位实时测试提供了新方法。     

超大断面隧道软弱围岩控制机制及应用

为明确超大断面隧道软弱围岩破坏及控制机制,系统开展交叉中隔墙(center cross diagram, CRD)法和双侧壁导洞开挖方法下超大断面隧道软弱围岩控制机制数值试验,对比分析不同强度等级围岩、不同开挖方法在无支护、锚杆支护、H型钢拱架支护和H型钢拱架+锚杆支护四种支护方式下隧道围岩变形、支护构件受力变化规律,并研究超大断面隧道软弱围岩控制机制。同时对H型钢+锚网喷联合支护方式在超大断面破碎围岩隧道进行了CRD和双侧壁导洞两种开挖方法下的现场试验,拱顶沉降分别稳定在27.2 mm和18.7 mm,很好地控制了围岩变形、保证了现场初期支护安全。     

柔性均布压力加载装置的研制及试验分析

 为真实模拟应力边界条件,保证结果的准确性,岩土材料及地质力学模型试验均需进行柔性边界加载。研制一种新型柔性均布压力加载装置,该装置由液压油缸、刚性推力器、超柔性调整橡胶和柔性传力橡胶等组成。采用数值方法分析和验证柔性加载的效果及传力性能,并结合配比试验,研制出适合岩土试验的特种柔性橡胶。将该加载装置与刚性加载的加载效果进行试验对比,结果表明,柔性均布压力加载相对于刚性加载效果显著,对于表面不平整的模型,柔性橡胶能更好地传递均布压力,并且模型内应力场均匀程度随着橡胶传力垫块的邵氏硬度的降低以及加载压力和距表面深度的增大而提高。带有超柔性调整橡胶和柔性传力橡胶组合垫层的加载装置具有很好的空间转动和变形传力性能,可更好地满足对具有不平整及倾斜表面模型进行柔性加载的要求。研究表明,柔性均布压力加载装置能真实地模拟应力边界条件,有利于提高岩土试验结果的准确性。     

U型约束混凝土补强机制研究及应用

U型约束混凝土拱架支护可有效解决传统拱架支护后期承载力不足的问题,但灌注口的存在会降低其承载力,它是整个拱架的关键部位之一,需进行局部补强加固。为研究U型约束混凝土拱架补强机制,取留设灌注口U型约束混凝土短柱为研究对象,通过强度指标α和经济指标β对3种不同补强方式及不同补强板厚度在轴压作用下受力机制进行研究。结果表明:沿口竖向补强、沿口横向补强、沿口周全包3种局部补强方式可将短柱的轴压承载力分别提高至补强前的115.6%,105.8%,103.8%;补强钢板厚度在14~22 mm范围时竖向补强方式的经济指标β值增长率最大。将竖向补强方式在全比尺试验验证后应用于工程实际,取得了良好的效果。     

三软煤层巷道破坏机制及锚注对比试验

针对龙口矿区梁家煤矿典型软岩巷道-4606改造开切眼巷道围岩控制难题,通过现场监测和试验,分析原支护方案下围岩变形破坏机制。煤层结构复杂,围岩易膨胀、软化,围岩破坏范围大,拱架变形破坏严重,锚杆支护潜力无法有效发挥是巷道变形破坏的主要原因。支护构件锚固性能试验表明,与注浆前相比,注浆10 d后注浆锚杆拉拔力提高214%,高强锚索提高89%。在此基础上,以锚注支护为核心,实施了U型棚+注浆锚杆,注浆锚杆+高强锚索两种联合支护对比试验方案。结果表明：方案实施后,巷道围岩变形量小于原支护方案59%以上,锚注支护可有效控制该类条件下巷道围岩变形;两种试验方案的围岩整体平均变形量相差6.6%,采用注浆锚杆+高强锚索联合支护方案可替代传统的U型棚支护。     

约束混凝土拱架套管节点压弯承载特性研究

为解决约束混凝土现场应用过程中套管节点设计保守、施工困难等难题,采用室内试验与数值试验相结合的方式,综合考虑不同套管节点构造参数及不同偏心率加载,分析套管节点试件压弯组合力学性能及破坏形态,开展套管节点参数影响规律研究。结果表明:1)节点试件压弯组合作用下呈现典型两阶段工作模式及变形破坏模式;2)节点与拱架接触部位发生明显的应力集中现象,试件呈折线形破坏;3)荷载-位移曲线表现为典型的弹性、弹塑性和塑性3阶段特性,轴压承载力与无套管试件相比降低19.4%左右;4)得到了不同套管节点参数的M-N曲线,提出了节点经济性指标β1,β2,量化了套管节点强度与经济成本之间的关系,提出了工程设计建议,为相关工程设计应用提供借鉴。     

注浆岩体强度随钻评价试验研究

复杂条件地下硐室安全控制的难点在于破碎围岩的有效支护,锚注支护是破碎围岩有效控制的主要手段,注浆后的岩体强度是锚注支护参数合理设计优化的重要依据.目前对于注浆岩体强度的定量测试评价方法研究较少,数字钻进测试技术为实现注浆岩体强度的定量获取提供了新思路,其关键在于建立数字钻进参数与注浆岩体强度参数的定量关系.基于此,本文以厚冲积层高应力矿井——万福煤矿为工程背景,利用研发的岩体数字钻进试验系统,开展注浆岩体数字钻进试验,讨论分析不同水灰比及不同岩体粒径因素对钻进参数、切削能量和抗压强度的响应规律.在此基础上,结合回归分析方法,得到数字钻进PDC钻头条件下的钻进能耗系数和钻进能耗常数,以及钻进岩体破碎系数,建立基于能量分析的注浆岩体钻进参数与等效强度定量关系模型(EDP-ECS模型),提出注浆岩体等效强度随钻评价方法.本文研究为基于数字钻进测试实现地下工程注浆围岩强度的定量评价提供了理论与方法基础.     

深部煤巷高强让压型锚索箱梁支护系统研究

对现阶段煤巷支护现状,尤其是对让压支护理论及技术进行了总结分析.对“先控后让再抗”支护理念的必要性和工程意义进行了研究.以该理念为指导,针对深部高地应力煤巷支护需要,研制了高强让压型锚索箱梁支护系统,分析了系统的高强让压性能,研究了箱型支护梁及锚索让压环等组成构件的功能和力学特性.通过与槽钢、工字钢的对比分析结果可知箱型支护梁强度高、刚度大、护表效果好、传力性能佳、经济性高;单轴压缩试验结果表明该锚索让压环具有独特的二阶式让压性能,且让压点较高、让压距离大、让压稳定性好.该支护系统组合方式多样、适用范围广.根据赵楼煤矿3320运输平巷地质情况设计了高强让压型锚索箱梁支护系统相应方案,并与原支护方案进行了数值模拟对比,结果显示该方案明显优于原支护方案.新型支护方案用在平巷的试验段中,达到了良好的支护效果.