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深井矩形巷道围岩应力分布规律及支护优化

采矿与岩层控制工程学报 2023年第6期5卷 39-48页

作者：杨宁赵美霞黄玉兵江苏建筑职业技术学院建筑建造学院江苏徐州221116 江苏建筑节能与建造技术协同创新中心江苏徐州221116 中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083

针对巷道矩形断面结构易出现应力集中的现象,对巷道稳定性进行分析并针对性的提出支护优化方案。以赵楼煤矿5302工作面轨道巷为研究背景,基于复变函数理论建立了矩形巷道围岩应力分析模型,分析了不同埋深、不同宽高比、不同围岩力学参... 详细信息

针对巷道矩形断面结构易出现应力集中的现象,对巷道稳定性进行分析并针对性的提出支护优化方案。以赵楼煤矿5302工作面轨道巷为研究背景,基于复变函数理论建立了矩形巷道围岩应力分析模型,分析了不同埋深、不同宽高比、不同围岩力学参数下围岩的应力分布特征,提出了通过锚杆加强顶板、注浆加固巷帮的优化方案,并进行了FLAC^(3D)数值模拟验证和现场试验。结果表明:所提出的优化方案能有效改善破碎围岩的力学性能,提高巷道围岩的自承载能力,相较于原方案,巷帮平均变形量降低了32.9%,控制效果显著。

关键词：矩形巷道复变函数理论支护优化数值模拟

极高地应力软岩隧道非对称变形机理及支护优化研究

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防灾减灾工程学报 2024年第1期44卷 109-119页

作者：陈志敏赵吉万龚军陈宇飞李增印孙胜旗兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 中铁隧道局集团有限公司广东广州511458

针对极大断面公路隧道施工中出现的非对称大变形问题,考虑高地应力第一主应力与隧道轴线关系、层状软岩夹层与互层状态、掌子面软岩空间不对称、地下水等因素,基于对工程地质条件、围岩与支护结构失效及破坏特征的分析,结合岩样物理力... 详细信息

针对极大断面公路隧道施工中出现的非对称大变形问题,考虑高地应力第一主应力与隧道轴线关系、层状软岩夹层与互层状态、掌子面软岩空间不对称、地下水等因素,基于对工程地质条件、围岩与支护结构失效及破坏特征的分析,结合岩样物理力学特性室内试验研究及地应力实测情况,探究了非对称大变形形成机理并提出针对性的支护结果优化方案。结果表明:高地应力层状软岩隧道围岩不对称变形是在岩层倾角α、最大水平主应力与隧道轴线夹角β和岩层夹角γ、围岩岩性和地下水综合作用下的大变形,围岩不对称部位由以上几种因素共同决定;当主应力σ1与隧道轴线既不垂直也不平行时,会产生挤压性偏压构造水平地应力,使隧道横断面侧向受力不对称,发生偏压性非对称大变形;通过改变锚杆的布设方式、提高超前注浆小导管的长度和刚度、喷射临时封闭、在防水板与喷射砼间增加高密度橡塑海绵板缓冲层等措施,可以有效的减少变形量,防止围岩因开挖扰动而松动和坍塌。

关键词：极高地应力软岩隧道非对称变形支护优化

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覆岩载荷扰动下平硐围岩变形分析及支护优化

工矿自动化 2023年第3期49卷 13-22页

作者：柴敬刘泓瑞张丁丁刘永亮韩志成田志诚张锐新西安科技大学能源学院陕西西安710054 教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室陕西西安710054

传统的收敛仪、三维激光扫描等矿山巷道围岩变形监测技术无法满足复杂工程全面监测需求,实时及自动化监测程度低,且不具备长距离、高精度和大面积监测能力,而现有光纤传感技术仅针对巷道围岩的单一参量进行监测,无法全面分析巷道围岩稳... 详细信息

传统的收敛仪、三维激光扫描等矿山巷道围岩变形监测技术无法满足复杂工程全面监测需求,实时及自动化监测程度低,且不具备长距离、高精度和大面积监测能力,而现有光纤传感技术仅针对巷道围岩的单一参量进行监测,无法全面分析巷道围岩稳定状况。以某煤矿主平硐为工程背景,采用数值模拟研究了平硐上方填土前后的围岩稳定性,结果表明:填土工程导致平硐两帮围岩支承压力升高,且呈不对称分布;顶板最大下沉量由填土前的8.3 mm增至22.1 mm,最大底鼓量由4.0 mm增至8.5 mm,两帮移近量最大增幅为16.2 mm;围岩变形量与支承压力对应性较强,呈现随平硐上方填土厚度增大而增大的特征。采用光纤布拉格光栅(FBG)传感器构建了平硐围岩变形监测系统,在平硐断面设置FBG传感器监测平硐拱顶裂缝张开度、顶底板及两帮变形量、断面应力应变等,通过实时光谱图分析围岩局部变形情况,结果表明平硐在现有料石砌碹支护状态下,受上覆载荷扰动影响,顶板受压明显,顶板最大下沉量约为30 mm,形成约2 mm宽的裂缝,且监测结果与数值模拟、现场观测结果相符,验证了基于FBG的平硐围岩稳定性监测方法的有效性。根据监测结果,针对平硐支护薄弱处提出了锚杆+T型钢板的补强支护方案,通过数值模拟对其支护效果进行验证,结果表明优化支护方案后,在覆岩载荷扰动下平硐顶板最大下沉量为11.3 mm,两帮最大移近量为12.04 mm,围岩变形量平均降幅达48.8%,提高了围岩稳定性。

关键词：煤矿平硐围岩稳定性围岩变形监测光纤传感光纤布拉格光栅传感器支护优化

破碎软岩斜井TBM开挖围岩稳定性及支护优化研究——以可可盖副斜井TBM掘进工程为例

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隧道建设（中英文） 2023年第11期43卷 1924-1934页

作者：李安云张凯徐金峰谢雄耀康元锋中铁十五局集团有限公司上海200070 同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092

为探究TBM掘进斜井巷道时破碎软弱围岩损伤失稳机制及合理支护方案设计,以陕西榆林可可盖副斜井TBM掘进工程为研究对象,采用UDEC离散元模拟方法进行围岩稳定性分析,并针对无支护、锚网喷支护、锚网喷索支护、锚网喷索+钢带支护4种条件... 详细信息

为探究TBM掘进斜井巷道时破碎软弱围岩损伤失稳机制及合理支护方案设计,以陕西榆林可可盖副斜井TBM掘进工程为研究对象,采用UDEC离散元模拟方法进行围岩稳定性分析,并针对无支护、锚网喷支护、锚网喷索支护、锚网喷索+钢带支护4种条件进行支护效果分析;基于数值结果提出支护优化方案并进行工程应用。结果表明:1)TBM开挖巷道围岩失稳类型为由剪切塑性主导变形、由拉伸塑性控制破坏的“鹅蛋形”塑性破坏,需要及时采取支护手段;2)锚杆、锚索、喷混凝土及钢带支护均可有效缓解围岩变形及破坏情况,“锚网喷索+钢带”支护效果最佳,相较于无支护方案,顶板位移降低50.9%,拉伸塑性面积减少99.85%。通过分析最终采用“锚网喷索”作为巷道支护方案,顶板冒落危险区域增设W形钢带加强支护。该支护方案可有效控制浅部围岩变形与深部围岩塑性拓展,实现对突发冒落的预控,最终成功应用于可可盖煤矿斜井施工。

关键词：斜井敞开式TBM 离散元分析破坏机制围岩损伤区支护优化

深厚软土基坑地下连续墙支护优化设计及其评价

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铁道科学与工程学报 2021年第9期18卷 2299-2306页

作者：蔡子勇汤建铭唐建桥卞元靖乔世范历彦军中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中铁广州工程局集团有限公司广东广州511457 中国铁路广州局集团有限公司广东广州510088

基坑支护优化设计的优劣直接影响着基坑施工安全性与经济效益。以广州南沙港铁路隧道深基坑工程为例,基于MATLAB语言,采用遗传算法对地连墙厚度、墙体嵌入深度及支撑位置进行优化设计,通过ANSYS软件对优化前后进行分析比对,并结合现场... 详细信息

基坑支护优化设计的优劣直接影响着基坑施工安全性与经济效益。以广州南沙港铁路隧道深基坑工程为例,基于MATLAB语言,采用遗传算法对地连墙厚度、墙体嵌入深度及支撑位置进行优化设计,通过ANSYS软件对优化前后进行分析比对,并结合现场监测进行可行性评价。研究结果表明:在满足基坑安全的前提下,采用优化后的设计参数可节省工程成本12.7%,优化后的基坑开挖对变形控制有所改善,优化结果可行。基坑实际监测结果比数值模拟结果偏大,但整体变化规律基本一致,基坑最大水平位移位于开挖底面附近,主要影响深度约为基坑开挖深度的2倍,进一步验证了优化结果的可靠性,为基坑工程建设提供了决策依据,具有一定的工程应用价值。

关键词：深厚软土基坑工程遗传算法支护优化数值分析

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深部高应力竖井井壁稳定性分析及支护优化

矿业研究与开发 2022年第4期42卷 38-44页

作者：王胜开朱志根余一松程涌刘家明云南驰宏锌锗股份有限公司云南曲靖市654200 长沙有色冶金设计研究院有限公司湖南长沙410019 云南亚融矿业科技有限公司云南昆明650093

为解决云南某矿深部盲竖井支护问题,采用现场试验、室内试验和数值模拟等方法对盲竖井进行稳定性分析。通过岩石力学试验确定岩体力学参数,对井壁进行数值模拟,根据模拟结果划分施工安全风险等级,最后确定盲竖井井筒支护方式及参数。结... 详细信息

为解决云南某矿深部盲竖井支护问题,采用现场试验、室内试验和数值模拟等方法对盲竖井进行稳定性分析。通过岩石力学试验确定岩体力学参数,对井壁进行数值模拟,根据模拟结果划分施工安全风险等级,最后确定盲竖井井筒支护方式及参数。结果表明:1031~992 m为低风险施工段,992~942 m为高风险施工段。随着深度增加,最大主应力越来越大,X、Y及Z方向位移量也越来也大。井筒围岩边缘最大主应力须小于11.15 MPa。在开挖状态下,几乎所有围岩均处于不稳定状态,需进行支护。根据支护优化结果,1031~942 m标高均采用C30钢纤维混凝土支护;1031~992 m标高支护厚度为400 mm;992~942 m标高支护厚度则为450 mm。

关键词：深部竖井井壁稳定性支护优化数值模拟

顶煤破坏区煤巷支护参数优化与安全评价系统研究

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顶煤破坏区煤巷支护参数优化与安全评价系统研究

作者：董立恒中国矿业大学

学位级别：硕士

本文针对韩咀煤业2煤层中存在大量顶煤破坏区,回采巷道围岩稳定性差、支护困难,煤柱预留尺寸难以确定等问题,开展顶煤破坏区煤巷支护参数优化及安全评价系统研究。以32103辅运巷顶煤破坏区段为工程背景,通过室内力学试验,探讨煤体破碎... 详细信息

本文针对韩咀煤业2煤层中存在大量顶煤破坏区,回采巷道围岩稳定性差、支护困难,煤柱预留尺寸难以确定等问题,开展顶煤破坏区煤巷支护参数优化及安全评价系统研究。以32103辅运巷顶煤破坏区段为工程背景,通过室内力学试验,探讨煤体破碎程度对注浆加固体强度参数及破坏特征的影响;通过数值模拟,优化巷道支护参数;并基于灰色模型,构建巷道变形预测模型,建立了煤巷支护安全评价体系;再结合本文及前期研究成果构建顶煤破坏区煤巷稳定性分析数据库,基于计算机编程,构建了顶煤破坏区煤巷支护参数优化及安全评价系统。研究成果对韩咀煤矿顶煤破坏区煤巷及类似工程条件下巷道围岩与支护结构稳定及安全具有重要理论与工程指导意义。论文研究主要取得以下几方面的成果:(1)鉴于层次分析法,融合三角模糊函数,提出一种适用于煤巷稳定性评价的权重确定模型——ATI模型。结合专家评价打分(主观权重)的基础上收集近年来50余条巷道治理材料和数据,并对其进行整理分析(客观权重),按照综合权重筛选要影响因素,为后期构建安全评价系统提供了端口指标建议。(2)对顶煤破坏区工程与地质状况进行细分,选取顶煤破碎段为主要研究对象,实地获得煤岩样,自主设计破碎煤岩体注浆加固试验装置,得到不同粒径煤岩体注浆加固结石体。通过各种力学试验,结合声发射、Photoinfor等方法,研究其力学参数变化规律,并反映了煤岩体结构破坏特征。(3)结合32103辅运巷地质赋存及围岩情况,采用数值方法研究了不同注浆加固与支护条件下,破碎煤体中浆液扩散范围,确定了合理的注浆加固与支护参数;并分析了沿空煤柱中应力状态演化规律,确定了完整煤体段与顶煤破坏区段沿空煤巷煤柱宽度参数;通过BBD试验分析单因素、因素交互对煤巷变形的影响规律及影响敏感范围,优化了顶煤破坏区煤巷支护与煤柱宽度参数。(4)构建了灰色Verhulst模型对煤巷位移进行等时步预测,通过Matlab编程实现预测模型的可视化及精度评价;然后基于矿压监测数据及模型预测结果,建立了煤巷分级安全评价体系,并针对相应安全等级给出了支护优化准则,及时对煤巷支护参数进行优化调整。(5)综合本文及前期研究成果,建立顶煤破坏区煤巷支护及安全评价数据库。基于C++语言及Matlab拓展,构建了顶煤破坏区煤巷支护参数及安全评价系统,实现预测和评价煤巷围岩与支护结构的稳定状态;并以韩咀煤业32103工作面顶煤破坏区段为工程试验对象,实现了系统的应用及数据反馈,验证了该系统的适用性。

关键词：顶煤破坏区模糊层次分析法煤柱宽度支护优化安全评价

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深基坑开挖监测及支护优化设计研究

深基坑开挖监测及支护优化设计研究

作者：邱澄山东交通学院

学位级别：硕士

随着经济的增长,科技的进步,城市化进程不断加快,对地下空间资源的开发利用已成为社会发展的重要战略之一,基坑开挖规模也越挖越深,越挖越大。基坑在向更大更深方向发展的同时基坑开挖的危险性也在不断提高,为提高基坑施工的安全性,部... 详细信息

随着经济的增长,科技的进步,城市化进程不断加快,对地下空间资源的开发利用已成为社会发展的重要战略之一,基坑开挖规模也越挖越深,越挖越大。基坑在向更大更深方向发展的同时基坑开挖的危险性也在不断提高,为提高基坑施工的安全性,部分基坑工程在进行支护设计时较为保守,有时会出现支护能力过剩的问题,造成资源的浪费。因此,对支护结构进行合理优化,将支护结构设计的既安全稳固又可节省施工成本成为了一项非常重要的研究课题。本文以邹平货运铁路专用线翻车机房基坑工程为背景,借助MIDAS GTS/NX软件对基坑开挖各项监测数据进行研究并对原支护结构进行优化分析,主要研究内容及成果如下:(1)对基坑实际开挖过程的监测数据进行研究分析,总结了整个施工期间地表和支护结构的变形规律。发现基坑周边地表沉降随基坑开挖深度增加而增大,沿着背离基坑方向呈现出先增大后减小的凹槽型沉降趋势。围护桩深层水平位移曲线整体呈现出两头小、中间大的弓型,水平位移值同样随基坑开挖深度增加而增大。内支撑轴力变化与基坑开挖有关,基坑向下开挖时支撑轴力会增大,基坑停止开挖后轴力变化趋于稳定。基坑开挖在影响支撑轴力的同时也影响着桩顶位移,桩顶位移值随基坑开挖深度的增加而不断增大。(2)介绍了有限元软件MIDAS GTS/NX,分析有限元计算结果,发现周边地表沉降、内支撑轴力、围护桩深层水平位移、桩顶竖向和水平位移的变化曲线均符合基坑支护及土体变形发展规律。将模拟结果和现场监测结果对比分析,发现模拟结果与现场监测结果大体一致,证明了有限元模拟的可靠性。(3)对内支撑形式进行优化,将“围护桩+混凝土支撑+钢支撑”的原支护形式优化为“围护桩+混凝土支撑”的支护形式,通过有限元模拟对比后发现“围护桩+混凝土支撑”的支护形式相比原支护形式可以在确保基坑施工安全稳定的前提下节省施工材料,简化施工步骤,缩短施工工期,证明了优化的可行性。(4)通过改变桩体嵌固深度、桩间距和桩径三个参数对支护结构进行优化,对三个参数进行变量分析,得到了不同嵌固深度、桩间距和桩径对围护桩深层水平位移的影响曲线。利用正交试验法得到三个参数的影响程度,通过对三个参数影响程度和成本消耗进行综合考虑后,最终确定优化后的支护参数为嵌固深度6.3m、桩径1.0m、桩间距1.4m。将优化后的各参数代入软件模拟,发现优化后的方案相比原方案既能减小基坑变形又能降低工程造价。

关键词：深基坑基坑监测有限元模拟支护优化正交试验

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地铁换乘站坑中坑支护方案优化分析

建筑结构 2022年第S02期52卷 2345-2350页

作者：施鑫荣传新王厚良崔林钊安徽理工大学土木建筑学院淮南232001 安徽建工集团股份有限公司蚌埠233000

在基坑工程中钢支撑相比混凝土支撑具有自重轻、造价低、利于施工等优点。以合肥地铁4、7号线换乘站坑中坑工程为背景对支护方案进行优化,采用加密布置的钢支撑替换原设计混凝土支撑。通过建立三维有限元模型对优化后的基坑分步开挖、... 详细信息

在基坑工程中钢支撑相比混凝土支撑具有自重轻、造价低、利于施工等优点。以合肥地铁4、7号线换乘站坑中坑工程为背景对支护方案进行优化,采用加密布置的钢支撑替换原设计混凝土支撑。通过建立三维有限元模型对优化后的基坑分步开挖、架设内撑等施工全过程进行模拟计算,分析不同工况下的桩体水平位移和支撑轴力。结果表明,可以采用3m间距加密钢支撑替换原有9m间距混凝土支撑,优化后外坑及内坑施工完成时桩体最大水平位移分别为13.19mm和18.10mm,均能满足规范要求。由支撑轴力计算结果可以得出,当开挖面位于外坑区域内时,支撑轴力相对稳定,当开挖底部内坑时,各层支撑轴力均有明显增大趋势。替换后的第二层支撑轴力相对较小,最大值1222kN,能够满足钢支撑稳定性要求。

关键词：基坑工程坑中坑支护优化数值模拟