大变形巷道锚杆的力学特性

通过现场和实验室试验对大变形巷道锚杆的力学特性进行了测试 ,揭示了锚杆与围岩相互作用全过程 :初撑→增阻→恒阻→降阻直至失效 ,论述了锚杆阻力下降和失效是大变形巷道锚杆支护所具有的基本规律 .为此 ,对 FLAC3.3中锚杆单元模型进行了修正 ,使其具备模拟锚杆损伤软化的功能 ,并将其成功地应用于工程实践     

强初撑急增阻高阻力锚杆的支护机理

阐述了锚杆锚固力随巷道围岩变形损伤而呈现的上升、稳定、衰减和失效的变化规律,提出了提高锚杆预应力,采用全长树脂锚固,可明显改善锚杆的实际工作特性,实现锚杆强初撑、急增阻和高阻力,提高围岩的自承力,人有效控制软岩、采动巷道的围岩变形。     

深部开采软岩巷道耦合支护数值模拟研究

通过对深部开采软岩巷道的变形破坏机理的研究发现，巷道变形破坏主要是由于支护体力学特性与围岩力学特性在强度、刚度以及结构上出现不耦合所造成的；且变形首先从关键部位开始，进而导致整个支护系统的失稳．因此，要保证深部软岩巷道围岩的稳定性．必须实现支护体与围岩的耦合．数值模拟研究表明，当锚杆与围岩在刚度上实现耦合时，能最大限度地发挥锚杆对围岩的加固作用；当锚网与围岩在强度上实现耦合时，将会使围岩的应力场和位移场趋于均匀化；当锚索与围岩在结构上耦合时，可以充分利用深部围岩强度来实现对浅部围岩的支护．实践证明，软岩巷道耦合支护可以有效解决深部开采软岩巷道支护问题。     

不同服务期煤矿巷道锚杆的受力特征

利用锚杆无损检测技术对3个矿区不同服务期的回采巷道锚杆进行轴力检测,获得了锚杆轴力的变化特征以及锚杆受力的统计规律,结果表明:不同矿区回采巷道锚杆受力的变化规律基本一致,在巷道掘进期,锚杆轴力迅速增大,在距离巷道掘进面一定距离后增加幅度逐渐减缓;当巷道变形进入稳定期后,锚杆的轴力呈增加的趋势但变化幅度不大;在工作面回采期,锚杆轴力普遍较大,且随工作面的推进,锚杆轴力变化显著,最大受力超过10t.锚杆的轴力变化与巷道围岩中的应力调整是相对应的,锚杆的受力状态和变化趋势可反映巷道围岩的变形和稳定状态,不同时期锚杆受力演化规律可为锚杆支护设计和参数优化提供依据.     

在锚杆作用下顶板的破坏机理分析

采用离散单元法,分析了当荷载,岩体的摩擦角,锚杆间距,锚杆方向和岩体的性质变化时,顶板的稳定性,在分析的过程中,建立了水平层状,正交节理型顶板,结果表明,对于锚固型顶板和未来锚固型顶板,其破坏机理是不同的。     

拉锚地连墙支护深基坑的稳定性分析与优化设计

拉锚地连墙是进行深基坑支护的一种重要型式,分析拉锚地连墙支护深基坑在开挖施工过程中的稳定性,并进行拉锚地连墙的优化设计对深基坑工程具有重要的理论指导意义.论文采用有限元法对拉锚地连墙支护深基坑进行开挖过程的稳定性分析及优化设计.以板单元模拟地连墙,以界面单元模拟地连墙与周边岩土体的接触面,采用点对点锚杆单元与嵌入式排梁单元分别模拟预应力锚杆的自由段及锚固段.在稳定性分析过程中,考虑了不同施工工况下预应力锚杆的设置,进行了塑性及安全稳定性分析.工程算例分析表明,有限元法可以充分考虑基坑与拉锚地连墙支护结构的几何模型、荷载、结构单元和界面特性等,基于有限元法能较好地进行拉锚地连墙深基坑支护结构的优化设计.     

基于植入式桁架模型隧道锚杆特性数值模拟研究

根据锚杆的力学特性,结合理论分析,建立锚杆受力模型,进而推导出植入式桁架的空间等代模型。数值模拟分析中相对传统的桁架单元只能承受轴向拉、压应力而言当采用植入式桁架模型建模时,不考虑施工过程中桁架单元与其他单元节点耦合问题,使数值分析更加切合实际状态。以大断面快速路隧道为工程研究背景,从隧道锚杆作用效果出发,选取隧道穿越复杂地质条件的浅埋偏压段典型区段为研究对象。以有限元数值模拟为研究手段,通过研究特定的开挖工法下锚杆的特性,对比实测证明可行性并分析锚杆作用效果。研究为下阶段优化锚杆布置位置、工程安全生产的关键控制技术做出理论铺垫,同时对优化设计降低工程造价提供理论支持,为类似工程提供参考借鉴。     

巷道锚杆锚固力学特性现场试验研究

为了检测煤矿巷道原位锚杆锚固力学性能,采用锚杆拉拔系统,在大同矿区不同岩性巷道开展锚杆破坏性拉拔试验,研究了锚固长度、岩体强度和锚杆直径等对锚杆锚固力学特性的影响规律.结果表明:当锚固长度小于极限锚固长度时,锚杆极限锚固力与锚固长度呈线性正相关关系,围岩及杆体强度越高,锚固力-锚固长度关系曲线的线性斜率越大,煤层及含砂质岩层中锚固力-锚固长度的线性斜率分别为1.63和2.96,玻璃钢锚杆在煤层中对应的斜率仅为0.41;在钻孔孔径和锚杆材质等均相同的条件下,锚杆极限拉拔力的端头位移在15～20 mm之间;锚杆的锚固性能与围岩破裂程度以及围岩原位黏聚力具有正相关性.     

地下巷道锚杆作用机理的流变分析

对于采用锚杆支护的巷道，根据流变力学的基本理论，分析了两向等压条件下锚杆支护区围岩应力－位移随时间的变化规律，建立了与时间有关的锚杆支护护破坏准则，对地下水巷道的支护设计具有一定的参考价值。     

煤巷锚杆支护对动压适应性的研究

通过受动压作用煤巷锚杆支护的模型试验和数值分析研究发现：采动支承压力具有形成和发展过程，锚杆支护具有有效控制围岩和柔性支护的特点，对动压有较强的适应性。     

地应力对锚杆支护的沿空巷道的影响

在数值模拟的基础上,研究了地应力大小及方向对沿空巷道表面位移、深部位移、锚杆布置及护巷煤柱尺寸等的影响,同时对研究结果在现场的应用情况进行了分析．从地应力影响的角度研究了窄煤柱护巷巷道采用锚杆支护的可行性．研究结果表明：地应力（尤其是最大水平主应力）的大小及方向是影响锚杆支护巷道围岩稳定性的关键因素之一,最大水平主应力与巷道轴线的夹角愈小愈有利于巷道围岩的稳定．研究结果不仅为确定合理的护巷煤柱尺寸,而且为科学、合理设计回采巷道锚杆的支护参数提供了依据     

三软煤层巷道支护方式及围岩控制效果分析

在分析三软煤层极不稳定煤巷矿压特点基础上，研制了适应两帮大变形的可缩性工字钢支架、适应两帮及顶底严重变形特别是底鼓的U29可缩性环形支架，设计了锚架注联合支护的参数与工艺，并在同一采区先后进行了工业性试验．采用数值模拟方法研究了三软条件下锚梁网索支护不同参数选取、不同布置形式对围岩变形的控制效果，优选了支护参数并进行了现场试验，比较试验结果，表明极不稳定煤巷围岩变形主要特点是强烈和持久的两帮移近及底鼓，锚梁网索支护是控制围岩大变形的有效方法，其技术关键是提高锚杆初锚力、布置底角锚杆及顶角锚索．     

Experimental and theoretical investigation on mechanisms performance of the rock-coal-bolt (RCB) composite system

For coal mines, rock, coal, and rock bolt are the critical constituent materials for surrounding rock in the underground engineering. The stability of the “rock-coal-bolt” (RCB) composite system is affected by the structure and fracture of the coal-rock mass. More rock bolts installed on the rock, more complex condition of the engineering stress environment will be (tensile-shear composite stress is principal). In this paper, experimental analysis and theoretical verification were performed on the RCB composite system with different angles. The results revealed that the failure of the rock-coal (RC) composite specimen was caused by tensile and shear cracks. After anchoring, the reinforcement body formed inside the composite system limits the area where the crack could occur in the specimen. Specifically, shearing damage occurred only around the bolt, and the stress-strain curve presented a better post-peak mechanical property. The mechanical mechanism of the bolt under the combined action of tension and shear stress was analyzed. Additionally, a rock-coal-bolt tensile-shear mechanical (RCBTSM) model was established. The relationship (similar to the exponential function) between the bolt tensile-shear stress and the angle was obtained. Moreover, the influences of the dilatancy angle and bolt diameter of the RCB composite system were also considered and analyzed. Most of the bolts are subjected to the tensile-shearing action in the post-peak stage. The implications of these results for engineering practice indicated that the bolts of the RCB composite system should be prevented from entering the limit shearing state early.     

锚网煤巷顶板离层临界值的计算和分析

对于锚网支护的煤巷来说,顶板离层是潜在的安全威胁。为确定锚网煤巷的顶板离层临界值,分析了煤巷顶板离层的发生机理,建立了锚网实体煤巷道和锚网沿空巷道的顶板临界离层的力学模型;在此基础上通过近似和简化,求解了两类锚网煤巷的离层临界值数学表达式。最后根据一回采工作面的基本条件,试算了两类煤巷的顶板离层临界值,并与实际观测数据进行了对比和分析。结果表明沿空巷道的顶板离层值远大于实体煤巷道的顶板离层值,建立的沿空巷道离层值表达式能够很好的与实测值吻合,实体煤离层值表达式与实测值虽有差距,但能够用于巷道掘进期间的顶板离层预测。     

Similarity simulation of bolt support in a coal roadway in a tectonic stress field

In order to study the mechanism of bolt support and the behavior of strata in a coal roadway under tectonic stress,deformation and destruction of a roof,floor and sides were studied using an experiment in similarity simulation.We also studied the mechanism and types of bolt support functions in the coal roadway.The results show that with an increase in horizontal tectonic stress,the strata in the roof and floor of the roadway gradually separate and become shear failure areas.Coal in side walls moves,but its integrity remains intact.Side bolts are mainly affected by tension and roof bolts by the effect of shear.     

钢结构中高强螺栓连接的数值模拟方法

为能够对使用众多高强螺栓群拼接的钢结构大型复杂节点进行精确的有限元数值模拟分析,并揭示螺栓拼接节点在各阶段的受力性能,提出了一种以连接件单元代替螺栓的简化模拟方法。对高强螺栓单剪连接使用实体单元建模,并考虑各种非线性影响,进行精细的有限元模拟分析。在深入研究连接的弹性、滑移、强化和屈服等各个阶段受力机理的基础上,给出了代替螺栓连接件的本构关系,并将其成功应用于简化的壳单元连接模型中。针对工程中常用的不同规格连接进行了大量算例分析,并将简化模型与精细模型计算结果进行对比,验证了所提方法在高强螺栓拉剪连接有限元模拟中的可行性,为使用数值模拟方法揭示大型复杂螺栓群连接节点的真实受力状态奠定了基础。     

煤巷高强预应力锚杆支护技术与应用

结合锚杆使用中存在的问题，提出了煤巷高强预应力锚杆支护技术，分析了高强预应力支护控制顶板离层的机理，提出了包括高性能预拉力锚杆、钢绞线预拉力桁架和M型钢带等几种新型实用的预应力控制手段，介绍了谢桥矿复合顶板沿空掘巷采用预应力支护技术的实用效果．     

振动磨机高强螺栓的疲劳可靠性分析

ＺＭ２８００振动磨机用高强度螺栓将磨料筒锁紧在抱箍与箱体之间,工作状态时螺栓时内产生交变应力。它是磨机的关键易损零件之一。通过对该螺栓做无限寿命可靠度校核,发现原设计的螺栓规格取得偏大且初始预紧力也取得过高。计算得出,将原设计的Ｍ５２螺栓改为Ｍ３６能满足振动磨机的工况要求。