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《中南大学》 2011年
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高地应力与爆破动载作用下喷锚支护结构响应特性数值模拟研究

黄东  
【摘要】:在矿山、建筑、水电、交通、人防等工程的建设中,爆破施工应用十分广泛。爆破是一种特殊的爆炸现象,是利用炸药爆炸的能量,通过不同的药包布置和起爆方法,破坏某种物体的原结构,并实现不同工程目的的一种工程技术。工程爆破施工在取得良好的经济效益的同时,会产生爆破动载,对附近的建筑结构、岩土体等造成不良影响。喷锚支护结构作为一种最常用的支护方式,不可避免要受到爆破动载的作用。对爆破荷载作用下喷锚支护结构的动态响应进行研究具有重要工程意义。 本文从理论分析、现场调研、数值模拟等方面对高地应力与爆破动载组合作用下的喷锚支护结构的力学响应进行了研究,具体内容如下: (1)归纳了不同自由度的弹性体系与弹塑性体系在加速度与速度激励下的时程分析计算方法,介绍了FLAC3D计算基本原理与常用本构模型。 (2)采用FLAC3D软件建立冬瓜山铜矿52-7#号采场出矿巷道静载分析模型,对巷道开挖后与矿房采空后的出矿巷道进行静载作用计算,结果表明:开挖出矿巷道后,大部分喷砼处于塑性状态,靠近喷砼的一圈围岩处于塑性状态,巷道围岩的应力呈对称分布;矿房采空后,巷道变为偏压状态,塑性区增大并发生转移。 (3)建立动静耦合数值分析模型,分别施加竖向激振、水平激振与双向激振,求得支护结构与围岩的动载响应。研究表明:不同的激振作用下,围岩塑性区各不一样,不同方向激振的破坏效果存在耦合与叠加,双向激振下塑性区比单向激振下塑性区稍大;在双向激振下,锚杆的轴力变化幅度均大于单向激振,大部分锚杆轴力峰值得到增强,局部锚杆峰值存在减弱。 (4)对不同长度锚杆支护下巷道围岩塑性区分布、锚杆轴力、巷道位移等进行对比分析;在静载分析的基础上,输入现场监测的动载数据,对比不同锚杆长度下支护结构动载响应,得出了出矿巷道支护的最佳锚杆长度为2.2m。 (5)分别对不同厚度喷砼支护时静载与动载组合作用下巷道围岩应力场分布与位移场分布进行对比分析,结果表明,过厚的喷砼厚度反而会加剧动载下的围岩破坏,目前的喷砼支护厚度100mm较为合理。 (6)分别对钢纤维喷砼支护与挂网普通喷砼支护的巷道进行静载与动载的数值计算,结果表明,钢纤维混凝土具有较强整体韧性和抗冲击荷载能力,能够有效抵抗动荷载的冲击效应,能够代替挂网混凝土衬砌。 (7)根据研究结果,提出了冬瓜山铜矿出矿巷道支护参数设计的优化方案,为矿山采矿巷道喷锚支护优化设计提供了参考依据。 本文研究结果对于处于高地应力与爆破动载组合作用下的地下巷道喷锚支护结构的设计优化具有重要参考价值。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TD353

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【参考文献】
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