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基于价值分析法的U型约束砼拱架参数决策被引量：1: 2015年; 为确定U型约束砼拱架的最佳混凝土强度与封板厚度,借助Abaqus软件进行数值模拟、Matlab软件进行数据分析,得到其功能性指标和成本性指标,并将价值分析法运用其中以解决参数决策问题。结果表明,封板厚度对拱架功能性指标和成本性指标的影响程度比混凝土强度对其影响程度大;混凝土强度对每米材料造价所能提供承载力的影响程度要比封板厚度对其影响程度大;在保证安全前提下,应提高混凝土强度或减小封板厚度。; 朱超祁邢聪聪王琦李为腾邵行王新; 关键词：拱架

柔性均布压力加载装置在模型试验中的应用研究被引量：9: 2014年; 将研制的新型柔性均布压力加载装置与传统的刚性加载装置分别应用到大型地质力学模型试验中,利用应力不均匀系数对其加载效果进行了量化对比分析。试验结果表明,随着加载压力值与距模型表面距离的增加,不均匀系数减小,压力分布趋于均匀;在模型试验中采用柔性均布压力加载装置,与刚性加载方式相比,其更有利于加载压力在模型体中均匀扩散,产生均匀的应力场,在该试验条件下采用此装置,模型内距模型表面300 mm处应力场已基本达到均匀的状态,模型初始应力施加完后,其仅为0.086,而采用刚性加载方式时其对应的则高达0.283;该装置在距模型表面较近时或加载压力较小时亦能产生较好的均布压力加载效果,如加载压力为0.28 MPa时距模型表面150 mm处仅为0.174,具有减小边界效应影响范围、提高低应力水平下的模型试验精度的作用。; 李术才王琦李为腾李智王洪涛江贝张红军; 关键词：模型试验

基于非连续变形分析方法的深部沿空掘巷围岩变形破坏及控制机制对比研究被引量：16: 2014年; 利用非连续变形分析方法(DDARF)对单节理锚固试件在单轴压缩条件下的变形破坏及裂隙扩展过程进行分析,并以深部厚顶煤综放沿空掘巷——赵楼煤矿11302工作面轨道巷为工程背景,应用DDARF对沿空巷道围岩的变形破坏及控制机制进行研究,同时利用地质力学模型试验及现场试验进行对比验证。重点分析了沿空巷道围岩裂隙演化规律,并定义裂隙率cR及裂隙减少率rR两个指标对DDARF计算中的沿空巷道裂隙演化规律进行定量分析。研究结果表明:采用DDARF方法对单节理试件在无锚和加锚条件下的单轴压缩试验计算与室内试验结果相吻合;对沿空掘巷过程中巷道围岩变形情况进行DDARF计算,结果显示,围岩变形呈现沿空帮>顶板>实体帮>底板的变化趋势,与模型及现场试验监测数据相符;根据cR及rR两个指标对计算得到的无锚和加锚沿空巷道围岩裂隙发育情况进行定量分析,结果显示,沿空巷道围岩破坏趋势为cI cII cIIIR?R?R,与变形趋势相一致;虽然锚固效果明显,但由于Ⅰ区、Ⅱ区本身围岩破碎严重,支护后裂隙率最大的cIR仍然是裂隙率最小的cIIIR的2.13倍,为了维护围岩稳定性,除了进行锚杆(索)非对称支护外,还应对Ⅰ区、Ⅱ区关键部位增加支护措施。DDARF方法关于沿空巷道围岩变形破坏的计算结果与实际工程相近,可有效开展裂隙演化与变形破坏机制研究,分析此类巷道的控制对策。; 江贝李术才王琦朱维申王德超王富奇王洪涛阮国强邵行; 关键词：沿空掘巷模型试验

基于上限理论的深部巷道顶板锚杆预紧力简化设计方法被引量：11: 2015年; 以深部直墙半圆拱巷道为例,基于非线性Hoek-Brown强度准则,考虑顶板围岩应力与锚杆支护作用,构造出顶板围岩破裂机制,利用极限分析上限法,提出了巷道开挖初期顶板锚杆预紧力的简化设计方法,给出了相应工程建议措施,并通过现场应用实例验证了高强预紧力支护对顶板围岩的控制效果。研究结果表明:巷道开挖初期,锚杆支护构件只有施加足够预紧力,才可有效限制顶板围岩下沉破坏;随岩体强度参数增大,锚杆所需预紧力不断减小,而随锚杆布设间距与围岩应力增大,锚杆所需预紧力不断增加;在软弱或松散破碎围岩中,可通过采用高强、高韧性锚固支护构件并施加高预紧力或注浆加固等方式来获得较理想围岩控制效果。; 王洪涛王琦李术才王富奇任尧喜王德超郭念波潘锐; 关键词：顶板锚杆 HOEK-BROWN强度准则上限法预紧力

深部巷道U型约束混凝土拱架力学性能及支护体系现场试验研究被引量：17: 2015年; 针对处于深部、断层构造破碎带等条件下的难支护巷道,提出U型约束混凝土（UCC）拱架新型支护技术。对拱架的承载特性及变形规律等进行数值及室内试验研究,并明确新型拱架失稳破坏的关键部位,综合分析UCC拱架支护体系的作用机制。研究结果表明：UCC短柱具有较好的延性和后期承载能力,极限承载力相对U型钢短柱提高127%~196%;UCC拱架承载能力是对应U型钢拱架的2.16倍;UCC拱架支护体系作为一种新型的三维立体支护体系,围岩控制效果显著,该支护体系下巷道围岩变形量最大为53 mm,仅为U型钢拱架的20.6%,且UCC拱架能够提供高强支护阻力,有效保证支护体系的安全性。; 王琦李为腾李术才江贝阮国强王德超张世国刘文江邵行; 关键词：深部巷道拱架力学性能

不同锚固长度下巷道锚杆力学效应分析及应用被引量：51: 2015年; 为研究不同锚固长度对巷道围岩的控制效果,从理论方面推导了锚杆应力分布规律,建立了不同锚固长度下巷道围岩力学分析模型,考虑分析了锚杆直径、围岩强度参数、锚固长度、预紧力、布设间距等影响因素,给出了巷道锚杆支护设计的工程建议措施,并通过开展现场试验验证了本文理论研究成果的正确性。研究表明:锚杆受力主要集中在锚固段端头1/3范围内,且沿长度方向杆体剪应力与轴力不断递减;在软岩中更利于锚杆锚固作用的发挥;施加高预紧力,并留设一定的自由段长度,有利于锚杆预紧力在围岩中扩散,可形成有效的锚固围岩承载结构,充分发挥杆体支护潜力;当锚杆布设间距较大时,可通过提高预紧力、适当减少锚固长度来增加预紧力对围岩的控制效果。; 王洪涛王琦王富奇李术才王德超任尧喜郭念波张世国; 关键词：锚杆锚固长度预紧力

深部厚煤层综放沿空掘巷煤柱合理宽度试验研究被引量：187: 2014年; 煤柱合理宽度的确定是影响综放沿空掘巷围岩稳定性的重要因素。以深部厚煤层综放沿空掘巷赵楼煤矿11302工作面轨道巷为工程背景，首次提出一种新型侧向支承压力监测方法，通过现场应力监测和数值模拟相结合的研究方法确定区段煤柱合理留设宽度。现场应力监测与数值模拟结果显示，采空区侧向支承压力影响范围为50～56 m，低应力区宽度为12～15 m，考虑沿空巷道应处于应力降低区内，煤柱留设宽度不应大于7～10 m；同时，从有利于锚杆锚固出发，煤柱宽度不应小于4 m。综合考虑煤柱稳定性、次生灾害控制及煤炭资源回收等因素，最终确定煤柱留设宽度为5 m。采用大型地质力学模型试验与现场试验对煤柱宽度合理性进行验证，结果表明，巷道表面位移均呈现沿空帮＞顶板＞实体帮＞底板的变化趋势，掘巷稳定后，现场实测顶底板移近量最大为271 mm，两帮移近量最大为359 mm，巷道围岩控制效果较好；同时，锚杆、锚索受力均在其屈服范围内，并为回采期间预留充足的余量。研究结果可为类似开采条件下的区段煤柱宽度确定提供参考依据。; 王德超李术才王琦李为腾王富奇王洪涛彭蓬阮国强; 关键词：采矿工程沿空掘巷煤柱侧向支承压力

方钢约束混凝土拱架力学性能及破坏机制被引量：20: 2015年; 针对处于深部、高应力、构造破碎带等条件下的困难支护巷道,提出了方钢约束混凝土(SQCC)新型支护体系,并对其主要组成部分方钢约束混凝土拱架进行了深入研究。推导出任意节数直腿半圆形拱架的内力计算公式,结合工程实际计算出现场采用的4节拱架在均布荷载作用下的内力分布,得到内力最大的部位为拱腿上部和拱顶;通过SQCC构件强度分析对可能的关键部位进行校核,得到拱架均压作用下最先破坏的部位为拱腿上部以及拱架的极限承载力为1 315 k N。采用地下工程约束混凝土拱架1∶1大型试验系统对SQCC全尺寸拱架进行了力学加载试验,结合利用ABAQUS软件对SQCC拱架进行的数值试验,分析了极限承载力误差率δFe-Ft=-7.1%,δFe-Fn=-1.1%和关键破坏部位、内力以及应力应变等多个结果,从而对拱架力学性能和变形破坏机制进行了研究,同时也验证了理论计算和数值试验的正确性。; 王琦邵行李术才王德超李为腾李为腾王富奇刘文江; 关键词：拱架力学性能

深部巷道方钢约束混凝土拱架力学性能及影响因素研究被引量：13: 2015年; 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=1228kN．针对充填C30～C80强度混凝土以及壁厚4～12mm的SQCC拱架的数值分析表明：SQCC150－8－C30拱架的极限承载力为1217kN，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．; 李术才邵行江贝王琦王富奇任尧喜王德超丁国利; 关键词：影响因素

非线性破坏准则下水平浅埋条形锚板抗拔承载力的极限分析被引量：21: 2014年; 基于非线性Mohr-Coulomb强度准则,根据相关联的流动法则,构造出条形锚板上方土体破坏的机动许可场,利用极限分析上限法,结合变分原理,推导出了水平浅埋条形锚板极限抗拔力的表达式与极限状态下对应的土体破裂机制,讨论了不同锚板设计参数与土体强度参数,对锚板极限抗拔力与土体破裂机制的影响,并将该文计算结果与不同计算方法对应计算结果进行了对比。计算表明:随着锚板埋置深度、土体初始粘聚力与重度的增加,锚板的极限抗拔力不断增大;该文提出的土体破裂机制,与现有文献中的试验结果一致,破裂曲面的形状主要取决于非线性系数m的大小,而且非线性系数m对锚板极限抗拔力也有着显著的影响,随着非线性系数m增加,锚板抗拔力非线性不断降低,土体破裂范围不断减小,破裂曲面的曲率则不断增加,当m=1.0时,破裂曲面退化为一平直面。该文上限解计算结果与现有文献计算成果以及数值计算结果非常接近,从而证明了该计算方法的有效性,为条形锚板的设计提供一定参考。; 王洪涛李术才王琦苗素军江贝; 关键词：非线性破坏准则塑性锚板极限抗拔力

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山东省优秀中青年科学家科研奖励基金(BS2013NJ004)

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