钢管混凝土支架与围岩相互作用关系模型试验研究

为研究钢管混凝土支架与围岩相互作用关系,通过相似物理模型手段,对巷道应力、变形、破坏随外部荷载变化而变化的过程进行分析,研究其规律,采用铝管内灌注水泥砂浆浆液模拟钢管混凝土支架,极大限度地还原钢管与核心混凝土之间的相互作用关系。试验表明,首先钢管混凝土支架支护是一种被动封闭式支护形式,当钢管混凝土支架某部位先发生变形,此部分四分之一圆弧拱矢跨比减小,承受围岩荷载、变形能力降低;当钢管混凝土支架某部位随后发生变形,此部分四分之一圆弧拱矢跨比增加,承受围岩荷载、变形能力增加。先发生位移处通常发生在软弱岩层及围岩压力大的方向,或因施工问题,没有保证钢管混凝土支架与围岩完全贴合处。再者,钢管混凝土被动提供围岩径向应力,使得围岩承受荷载的能力大幅提高。     

钢管混凝土支架作用下南关矿煤巷变形破坏规律

以汾西矿区南关矿煤巷为原型,依托嵌套式相似模拟实验系统建立物理相似模型,研究 煤巷在钢管混凝土支架支护下围岩应力、位移分布规律和变形破坏特征。 应用FLAC3D5.0建立 钢管混凝土支架巷道模型,分别模拟埋深100~1000m的情况,分析煤巷变形破坏规律及支架受 力特点。 研究结果表明:钢管混凝土支架能提高巷道的径向支撑压力,加载初期保持了巷道稳 定,但随着荷载加大两帮收敛量大于顶底板移近量,帮部先出现裂隙并向顶底板发展,随后帮部 和顶板相继失稳,可见帮部是支护的薄弱环节。 在钢管混凝土支架作用下,巷道表面应力呈锯齿 状分布,说明支架对围岩存在有效支护范围,支架之间是支护的薄弱部位;支架套管的轴力和弯 矩均较大,容易发生破坏,导致支架的承载力丧失。 可见,控制煤巷帮部和支架套管的变形破坏, 提高其强度,是保证南关矿煤巷钢管混凝土支架支护稳定性的关键。     

钢管混凝土短柱作用机理与塑性极限承载力研究

钢管混凝土短柱承载力是研究井下钢管混凝土结构的基础问题,涉及新型沿空留巷巷旁支护和钢管混凝土圆弧拱承载力的估算、钢管混凝土支架在高低压等特殊情况下的应用。本文在总结分析现有钢管混凝土短柱承载力理论基础上,依据钢管混凝土弹性变形理论,推演出相同尺寸、不同钢管壁厚的钢管与核心混凝土相互作用机理及对应围压,进而根据极限平衡法推导出三种估算钢管混凝土短柱的极限承载力方法,并与实验结果进行了分析对比。结果表明,本文方法计算钢管混凝土塑性极限承载力与实验值吻合度较高,尤其在钢管壁较厚的情况下也有很好的适用性。     

钢管混凝土支架构件—圆弧拱破坏机理研究

以钢管混凝土支架支护深井软岩巷道为背景,对钢管混凝土支架组成构件中的四分之一圆弧拱进行六分点等值加载,以研究试验试件的矢跨比和钢纤维体积掺量对试件力学性能的影响。实验表明,钢管混凝土圆弧拱试件拱底处主要受压弯剪应力影响,最先发生局部破坏;拱顶处主要受压应力影响,拱底和拱顶均为试件最薄弱截面。矢跨比越大,能够承受的荷载和刚度越大。1%~1.5%钢纤维体积掺量的试件的柔性增强,极限荷载与无钢纤维试件差别不大。继续增加钢纤维掺量,试件刚度增加,但试件极限荷载降低,钢纤维体积掺量在1%~1.5%较为合适。再通过数值模拟进一步研究试件危险截面的受力形式和试件的截面尺寸、矢跨比、壁厚对承载力的影响。与此同时,结合试验分析和数值模拟结果,从试件截面强度、局部失稳、整体失稳三方面进行理论分析,给出钢管混凝土圆弧拱局部失稳的原因和承载力的计算公式。最后,结合实际工程情况,提出钢管混凝土设计方案。