约束混凝土拱架力学性能分析及支护体系现场试验

针对典型软岩地下工程控制难题,本文提出了约束混凝土高强支护技术.利用自主研发的全比尺力学试验系统,对于约束混凝土拱架的破坏机制及力学性能进行了研究.同时,建立了圆形断面巷道任意节数、非等刚度拱架力学计算模型,推导了拱架内力计算公式,分析了不同因素对拱架内力的影响规律,结合压弯强度判别准则,得到了约束混凝土拱架承载能力计算公式.结合理论分析、数值计算和室内试验对约束混凝土拱架的极限承载力及内力分布进行了对比分析,研究结果表明:1)约束混凝土拱架比传统U型钢拱架强度提高2.31倍,且具有更好的稳定性;2)拱架关键破坏部位为两侧帮部;3)理论分析、数值计算以及室内试验在拱架的内力分布、承载能力和变形破坏形态等方面具有较好的一致性,验证了理论计算的正确性.在上述研究的基础上,开展了梁家煤矿约束混凝土支护现场试验,与传统U型钢拱架支护相比,该类支护有效控制了围岩变形.研究成果可为地下工程约束混凝土高强支护设计提供依据.