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恒阻吸能锚杆力学特性与工程应用 被引量:24
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作者 王琦 何满潮 +3 位作者 许硕 江贝 魏华勇 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期1490-1500,共11页
地下工程面临大量高应力、极软岩等复杂条件,导致围岩应力集中、能量积聚,易发生围岩大变形。高强度、高预紧力、高延伸率以及高吸能特性的锚杆支护是大变形围岩的有效支护方式。传统锚杆支护存在强度低、延伸率不足等问题,支护体系易... 地下工程面临大量高应力、极软岩等复杂条件,导致围岩应力集中、能量积聚,易发生围岩大变形。高强度、高预紧力、高延伸率以及高吸能特性的锚杆支护是大变形围岩的有效支护方式。传统锚杆支护存在强度低、延伸率不足等问题,支护体系易发生破断。基于此,自主研发了具有高强、高延伸率特性、可施加高预紧力的恒阻吸能锚杆,开展了新型锚杆、普通锚杆与恒阻大变形锚杆的静力拉伸与动力冲击对比试验。结果表明,在静力学性能方面,新型锚杆的屈服强度和破断强度分别为普通锚杆的2.06和1.62倍以上,具有高强、恒阻的力学特性。新型锚杆的最大力延伸率和断后延伸率分别是普通锚杆的1.52和1.26倍以上,单位长度吸收的能量是普通锚杆的3.05倍,具有高延伸率、高吸能特性。在动力学性能方面,新型锚杆的单次冲击平均位移量相比普通锚杆降低了47.0%,延伸率是普通锚杆的1.53倍,单位长度吸收的能量是普通锚杆的2.77倍,表明新型恒阻吸能锚杆具有良好的抗冲击能力和整体变形能力。恒阻吸能锚杆具有高强、高延伸率、高吸能特性,提出了恒阻吸能锚杆支护思路,并将新型锚杆在大断面隧道和深部高应力矿井现场进行了应用,现场监测结果表明,采用恒阻吸能锚杆的支护方式能够有效控制围岩变形。 展开更多
关键词 锚杆支护 恒阻吸能 静力拉伸 动力冲击 力学特性
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地下工程吸能锚杆研究现状与展望 被引量:10
2
作者 江贝 王琦 +6 位作者 魏华勇 何满潮 吴文瑞 马凤林 许硕 王业泰 《矿业科学学报》 CSCD 2021年第5期569-580,共12页
锚杆是地下工程硐室的主体支护方式,为吸收围岩变形释放的能量,控制围岩变形,需要研发具有高恒阻力、高延伸率和高预应力的吸能锚杆。本文从吸能锚杆的研发历程、性能试验与现场应用3个方面进行了总结和分析。吸能锚杆通过结构滑移和材... 锚杆是地下工程硐室的主体支护方式,为吸收围岩变形释放的能量,控制围岩变形,需要研发具有高恒阻力、高延伸率和高预应力的吸能锚杆。本文从吸能锚杆的研发历程、性能试验与现场应用3个方面进行了总结和分析。吸能锚杆通过结构滑移和材料变形2种方式吸收能量,按工作原理可分为结构型与材料型2种吸能锚杆。两者相比,材料型吸能锚杆结构相对简单,能够充分发挥材料力学性能。笔者团队研发了恒阻吸能新材料锚杆,开展了静力拉伸与动力冲击试验,结果表明该锚杆具备高强、高延伸率和高吸能特性,能够满足复杂条件下的围岩控制要求。未来应制定恒阻吸能锚杆的试验、设计、施工与验收标准,实现其在矿山、交通、市政、水利等不同领域地下工程中的推广和应用。 展开更多
关键词 地下工程 吸能锚杆 工作原理 力学性能 现场应用
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Bearing mechanism of roof and rib support structure in automatically formed roadway and its support design method
3
作者 JIANG Bei WANG Ming-zi +4 位作者 WANG Qi XIN Zhong-xin XING Xue-yang DENG Yu-song YAO Liang-di 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第7期2467-2487,共21页
Non-pillar mining technology with automatically formed roadway is a new mining method without coal pillar reservation and roadway excavation.The stability control of automatically formed roadway is the key to the succ... Non-pillar mining technology with automatically formed roadway is a new mining method without coal pillar reservation and roadway excavation.The stability control of automatically formed roadway is the key to the successful application of the new method.In order to realize the stability control of the roadway surrounding rock,the mechanical model of the roof and rib support structure is established,and the influence mechanism of the automatically formed roadway parameters on the compound force is revealed.On this basis,the roof and rib support structure technology of confined lightweight concrete is proposed,and its mechanical tests under different eccentricity are carried out.The results show that the bearing capacity of confined lightweight concrete specimens is basically the same as that of ordinary confined concrete specimens.The bearing capacity of confined lightweight concrete specimens under different eccentricities is 1.95 times higher than those of U-shaped steel specimens.By comparing the test results with the theoretical calculated results of the confined concrete,the calculation method of the bearing capacity for the confined lightweight concrete structure is selected.The design method of confined lightweight concrete support structure is established,and is successfully applied in the extra-large mine,Ningtiaota Coal Mine,China. 展开更多
关键词 automatically roadway with non-pillar confined lightweight concrete roof and rib support mechanical model bearing behaviour
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切顶自成巷约束混凝土支柱试验研究与应用
4
作者 江贝 +2 位作者 王琦 王鸣子 章冲 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期255-266,共12页
切顶自成巷技术通过顶板定向切缝与矿压做功,使采空区顶板垮落自动形成巷道(简称自成巷)。为保证切顶自成巷稳定,需要一种高强、高刚的支护结构控制顶板变形并抵抗采空区垮落岩体。轻型约束混凝土(简称CLC)结构是一种在约束材料中充填... 切顶自成巷技术通过顶板定向切缝与矿压做功,使采空区顶板垮落自动形成巷道(简称自成巷)。为保证切顶自成巷稳定,需要一种高强、高刚的支护结构控制顶板变形并抵抗采空区垮落岩体。轻型约束混凝土(简称CLC)结构是一种在约束材料中充填轻骨料混凝土的复合结构,具有高承载、高刚度、轻自重的特性。为明确CLC支护结构的承载性能,满足支顶护帮控制要求,开展不同截面形状、偏心距下CLC支护结构与常用型钢支护的室内和数值试验,分析各类试件的变形模式和承载性能,研究截面参数、偏心距对支柱承载性能的影响机制。结合上述试验结果,在特大型矿井柠条塔煤矿开展CLC支柱选型设计与现场应用,取得良好的自成巷围岩控制效果。 展开更多
关键词 切顶自成巷 支顶护帮 轻型约束混凝土 试验研究 现场应用
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约束混凝土拱架力学特性与截面设计方法研究
5
作者 王琦 刘悦 +6 位作者 魏华勇 江贝 王鸣子 李东浩 冯耀霞 赵梦薇 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第2期243-250,共8页
随着地下工程逐渐向深部发展,传统支护体系难以满足复杂条件下的支护需求,约束混凝土拱架具有良好的承载特性,在地下工程中逐渐被广泛应用,但截面特性对约束混凝土拱架力学性能的影响机制尚未明确。对比分析常见的方钢约束混凝土(SQCC)... 随着地下工程逐渐向深部发展,传统支护体系难以满足复杂条件下的支护需求,约束混凝土拱架具有良好的承载特性,在地下工程中逐渐被广泛应用,但截面特性对约束混凝土拱架力学性能的影响机制尚未明确。对比分析常见的方钢约束混凝土(SQCC)、圆形约束混凝土(CCC)与U36全比尺拱架力学性能,研究各拱架的承载性能和变形破坏机制。对不同壁厚的SQCC,CCC和不同长宽比的矩形约束混凝土(RCC)拱架进行数值试验,研究截面形状、尺寸对约束混凝土拱架力学性能的影响机制。研究表明,在截面用钢量相同的情况下,拱架截面面积越大,承载能力越强,且SQCC,RCC拱架的力学性能优于CCC拱架。在此基础上,提出约束混凝土拱架截面设计方法。 展开更多
关键词 地下工程 约束混凝土 拱架支护 力学性能 截面设计
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恒阻吸能材料及锚固体力学特性研究与应用
6
作者 王琦 +3 位作者 江贝 王鸣子 何满潮 魏华勇 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第10期3361-3373,共13页
锚固支护作为地下工程围岩控制的主体,与围岩联合承载形成锚固体,共同抵抗动力灾害释放的能量。传统锚杆(索)支护强度、延伸率不足,在抵抗动力灾害时易破断失效。恒阻吸能材料是一种具有高强、高延伸的新型支护材料。为明确恒阻吸能新... 锚固支护作为地下工程围岩控制的主体,与围岩联合承载形成锚固体,共同抵抗动力灾害释放的能量。传统锚杆(索)支护强度、延伸率不足,在抵抗动力灾害时易破断失效。恒阻吸能材料是一种具有高强、高延伸的新型支护材料。为明确恒阻吸能新材料及其锚固体的力学特性,本文开展了恒阻吸能支护材料与现场常用支护材料MG335、MG500的静力拉伸与动力冲击试验。在此基础上,对MG335、MG500与恒阻吸能支护材料锚固下的岩体开展了霍普金森冲击对比试验,研究了高速冲击下锚固体的变形破坏特征。相比于MG335、MG500锚固体,通过霍普金森冲击试验得到恒阻汲能锚固体的峰值应力提高了42.2%与63.9%,所能吸收的动力冲击能量提高了42.0%与63.2%。恒阻吸能支护技术能够增强锚固体的抗冲承载能力与吸能能力。结合上述试验成果,提出了强扰动下围岩恒阻吸能支护的工程建议,并在千米冲击地压矿井中应用。 展开更多
关键词 恒阻吸能 锚固岩体 力学性能 试验研究 现场应用
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多功能观光温室结构加腋异型节点抗震性能研究 被引量:4
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作者 戴素娟 侯世谨 +2 位作者 赵新伟 张树辉 《中国农机化学报》 北大核心 2019年第7期40-44,共5页
为更好地满足使用功能要求,提出将加腋异型节点应用于多功能观光温室结构中。通过ABAQUS软件建立2个加腋异型节点与1个普通异型节点并对其进行有限元分析,研究普通构造、单侧梁下加腋与双侧梁下加腋时,节点的塑性发展、滞回性能与骨架... 为更好地满足使用功能要求,提出将加腋异型节点应用于多功能观光温室结构中。通过ABAQUS软件建立2个加腋异型节点与1个普通异型节点并对其进行有限元分析,研究普通构造、单侧梁下加腋与双侧梁下加腋时,节点的塑性发展、滞回性能与骨架曲线、刚度退化及耗能性能。结果表明:低周往复荷载下,3种节点滞回曲线饱满,均有良好的抗震能力和耗能能力;加腋可使节点梁端塑性铰外移,加腋构造的刚度退化比普通构造出现稍晚,双侧加腋比单侧加腋较普通节点能更有效提高节点的屈服荷载和抗震性能。 展开更多
关键词 温室结构 钢结构 加腋节点 节点抗震 有限元分析
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基于抗震性能的某工程不等跨钢框架节点构造方案研究 被引量:3
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作者 戴素娟 侯世谨 +1 位作者 张树辉 《建筑科学》 CSCD 北大核心 2019年第5期142-146,共5页
为给山东单县某不等跨钢框架结构综合楼选择合理的抗震节点构造方案,参照《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ 99-2015)中的相关规定,以该项目中不等跨梁与柱的连接节点为研究对象,利用ABAQUS软件建立了一个中柱两侧采用相等梁高的普通... 为给山东单县某不等跨钢框架结构综合楼选择合理的抗震节点构造方案,参照《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ 99-2015)中的相关规定,以该项目中不等跨梁与柱的连接节点为研究对象,利用ABAQUS软件建立了一个中柱两侧采用相等梁高的普通节点模型和两个中柱两侧采用不等梁高的异型节点模型(其一为梁柱直接连接,另一为加腋连接),分别对三种节点模型进行滞回性能与骨架曲线、延性及耗能性能分析。结果显示:加腋异型节点与普通节点的抗震性能基本相同,且优于直接连接异型节点;加腋异型节点的塑性铰位置有所外移。为此,建议该工程框架节点选用加腋异型节点构造方案。 展开更多
关键词 钢结构 节点构造 节点抗震 有限元分析
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SAP2000在《高等钢结构理论》教学中的应用 被引量:2
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作者 戴素娟 +1 位作者 侯世谨 张树辉 《大众科技》 2018年第9期83-85,共3页
《高等钢结构理论》是大部分结构工程硕士研究生的一门重要专业学位课程,文章介绍了课程的学习特点,分析了在学习该课程中应用SAP2000的优势,并结合课程内容多层钢框架结构设计,按照构件设计—整体分析—优化设计的步骤,探讨了实际工程... 《高等钢结构理论》是大部分结构工程硕士研究生的一门重要专业学位课程,文章介绍了课程的学习特点,分析了在学习该课程中应用SAP2000的优势,并结合课程内容多层钢框架结构设计,按照构件设计—整体分析—优化设计的步骤,探讨了实际工程设计与软件模拟分析相结合的学习方法。 展开更多
关键词 钢结构 有限元 SAP2000 结构设计
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填充墙对钢框架RBS节点翼缘削弱深度的影响分析 被引量:1
10
作者 戴素娟 +1 位作者 张树辉 侯世谨 《钢结构》 2018年第11期73-76,64,共5页
基于等效斜撑理论和填充墙角区压碎应力限值,推导填充墙与框架梁柱之间接触长度的计算式,并以此建立了填充墙约束作用与梁翼缘削弱深度之间的关系式。结合单层单跨钢框架实例,计算了考虑填充墙约束作用的翼缘削弱深度,并借助ABAQUS软件... 基于等效斜撑理论和填充墙角区压碎应力限值,推导填充墙与框架梁柱之间接触长度的计算式,并以此建立了填充墙约束作用与梁翼缘削弱深度之间的关系式。结合单层单跨钢框架实例,计算了考虑填充墙约束作用的翼缘削弱深度,并借助ABAQUS软件建立不同削弱深度的4种钢框架模型并进行对比分析,结果表明:理论计算所得到的削弱深度符合美国钢结构抗震规范要求,在4种有限元模型中有良好的承载能力和预期的破坏形式。 展开更多
关键词 填充墙 RBS节点 翼缘削弱 ABAQUS
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基于思维导图和移动学习的《高等钢结构理论》学习方法探讨
11
作者 戴素娟 侯世谨 《安徽建筑》 2018年第6期192-193,198,共3页
《高等钢结构理论》内容繁杂、课时有限,综合性、应用性较强,学习时易出现知识点混淆和理解不到位等问题,尤其是该课程与工程实际密切相关,学习时不易掌握精髓。文章探讨了利用思维导图和移动学习的学习方法,基于思维导图对知识点进行... 《高等钢结构理论》内容繁杂、课时有限,综合性、应用性较强,学习时易出现知识点混淆和理解不到位等问题,尤其是该课程与工程实际密切相关,学习时不易掌握精髓。文章探讨了利用思维导图和移动学习的学习方法,基于思维导图对知识点进行整理归纳、基于手机交互获取更多信息实现移动学习,达到了提高课程学习效果的目的。 展开更多
关键词 钢结构 学习方法 思维导图 移动学习
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地下工程约束混凝土支护理论与技术研究进展 被引量:24
12
作者 王琦 许硕 +4 位作者 江贝 李术才 肖宇驰 刘博宏 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期2760-2776,共17页
随着我国地下工程的迅速发展,建设规模不断扩大,工程建设过程中面临大量高应力、极软岩、强采动和断层破碎带等复杂条件,导致围岩变形严重、控制困难,联合支护是复杂条件围岩有效控制的必然选择。工程实践表明,拱架作为联合支护的最后... 随着我国地下工程的迅速发展,建设规模不断扩大,工程建设过程中面临大量高应力、极软岩、强采动和断层破碎带等复杂条件,导致围岩变形严重、控制困难,联合支护是复杂条件围岩有效控制的必然选择。工程实践表明,拱架作为联合支护的最后一道防线,其承载能力不足导致冒顶、塌方等事故频发。约束混凝土支护具有承载能力高、塑性韧性好、经济性能优等特点,近年来在矿山工程与隧道工程等领域得到了广泛应用。众多学者在室内试验、理论研究、设计方法、现场施工等方面进行了系统研究。在室内试验方面,进行了约束混凝土基本构件与拱架的力学性能试验研究,为约束混凝土拱架承载力计算理论与设计方法提供了依据。在理论研究方面,建立了拱架内力计算模型,形成了约束混凝土支护强度计算理论。在设计方法方面,进行了约束混凝土拱架整体选型设计、核心混凝土设计、灌注口与排气口设计、节点设计以及拱架间距与纵向连接设计研究。在现场施工方面,形成了矿山巷道复合施工与交通隧道机械施工两大类工法,研发了成套关键技术与装备。对上述研究内容进行了总结,同时对下一步约束混凝土体系设计、施工与验收规范制定以及在交通、水利、市政等不同工程领域的推广应用方面进行了展望。 展开更多
关键词 地下工程 约束混凝土 支护 设计方法 施工工艺 现场应用
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无煤柱自成巷三维地质力学模型试验系统研制与工程应用 被引量:24
13
作者 王琦 江贝 +5 位作者 何满潮 李术才 张朋 王悦 蒋振华 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1582-1594,共13页
切顶卸压无煤柱自成巷技术是一种新型煤炭开采方法,利用矿山压力做功与岩体碎胀特性自动形成巷道,实现了煤炭开采无巷道掘进、无煤柱留设。为深入研究无煤柱自成巷开采全过程的覆岩运动机制、矿压显现规律与自成巷变形破坏机制,自主研... 切顶卸压无煤柱自成巷技术是一种新型煤炭开采方法,利用矿山压力做功与岩体碎胀特性自动形成巷道,实现了煤炭开采无巷道掘进、无煤柱留设。为深入研究无煤柱自成巷开采全过程的覆岩运动机制、矿压显现规律与自成巷变形破坏机制,自主研发了切顶卸压无煤柱自成巷三维地质力学模型试验系统,由反力液压加载系统、自动采煤成巷系统和高精实时监测系统组成。试验系统配备无煤柱自成巷推采、切缝、成巷等核心工艺的成套模拟试验装置,实现无煤柱自成巷采掘留一体化开采全过程的真实模拟与完整工作面矿压规律的监测分析,通过组合式反力装置,可开展5.5 m×2.4 m×3.0 m(长×高×宽)以内不同尺寸模型体的地质力学模型试验。以我国首个N00工法工作面——柠条塔煤矿S1201–II工作面为工程背景,利用该试验系统开展了无煤柱自成巷工艺中最复杂的N00工法的三维地质力学模型试验,揭示了N00工法开采的矿压显现规律,得到了自成巷围岩变形控制机制,明确了自成巷关键破坏部位,提出了相应的工程建议,指导了现场设计与应用。现场试验与模型试验结果相一致,验证了模型试验系统研发与应用的合理性与有效性。 展开更多
关键词 采矿工程 无煤柱自成巷 地质力学模型试验 试验系统研发 N00工法 现场应用
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交通隧道高强约束混凝土拱架性能研究与应用 被引量:1
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作者 王琦 肖宇驰 +4 位作者 江贝 李术才 何满潮 窦鹏飞 《中国公路学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期263-272,共10页
在交通隧道,尤其是大断面交通隧道建设过程中常面临开挖扰动剧烈,围岩控制困难,传统支护强度不足,易出现支护构件破断、拱架屈曲失稳、拱顶冒落掉块等问题。约束混凝土拱架是一种高强、高刚、稳定性好的新型支护形式,能够满足此类隧道... 在交通隧道,尤其是大断面交通隧道建设过程中常面临开挖扰动剧烈,围岩控制困难,传统支护强度不足,易出现支护构件破断、拱架屈曲失稳、拱顶冒落掉块等问题。约束混凝土拱架是一种高强、高刚、稳定性好的新型支护形式,能够满足此类隧道的围岩控制要求。目前针对交通隧道约束混凝土拱架的研究均为单榀小比尺试验,无法模拟现场拱架之间的协同承载,试验结果与现场拱架真实受力和变形情况存在较大差别。基于此,研发了交通隧道支护结构大型力学试验系统,开展了组合工字钢拱架、组合约束混凝土拱架与单榀约束混凝土拱架的大比尺力学性能对比试验,研究了拱架的变形破坏机制与整体承载性能。试验结果表明:(1)工字钢拱架整体呈现"拱顶弯曲,拱腰弯扭,拱架变扁平"的变形形态,变形破坏严重。2类约束混凝土拱架的节点位置在加载后期出现大变形或破坏,单榀拱架拱顶出现平面内弯曲,整体变形较为明显,组合拱架除节点处焊缝撕裂外,加载结束时整体未出现较大变形。(2)组合约束混凝土拱架的刚度和承载能力分别是组合工字钢拱架的2.51倍和2.63倍,是单榀约束混凝土拱架的4.18倍和2.78倍,组合约束混凝土拱架稳定性能和承载能力较高。(3)试验拱架均呈现出拱顶、拱底外侧受压,拱腰外侧受拉的受力特性,拱顶位置应力的增长速率较快,拱腰位置由于向外变形受限,易发生平面外失稳,拱顶和拱腰是拱架的关键受力位置。在上述研究的基础上,提出了约束混凝土支护体系在交通隧道中应用的工程建议,研究成果可为该类支护体系的设计和后期研究提供依据。 展开更多
关键词 隧道工程 约束混凝土拱架 对比试验 变形破坏机制 力学性能
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