近年來,天津石油裂化管廠混凝土支架已應用于20余處深埋軟巖礦井中,取得了良好的經濟效果,具有較大工程應用價值。深埋軟巖巷道中應用的天津石油裂化管廠混凝土支架工作狀態中受到巷道圍巖的法向荷載作用,巷道中使用的天津石油裂化管廠混凝土結構允許發生一定的塑性變形。與地面工程中的天津石油裂化管廠混凝土結構相比,在受載方式和工作狀態方面有較大差異。因此,深入研究天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱在法向均布荷載作用下的工作機理是很有必要的。本論文實驗測試了30根不同壁厚直徑127mm天津石油裂化管廠混凝土短柱力學性能、11根天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱6點法向均布荷載作用下的力學性能,結合理論計算和數值分析方法,理論推導了天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱極限承載力計算方法,分析了天津石油裂化管廠混凝土短柱和天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱的工作機理,并根據研究成果提出了深埋巷道基于天津石油裂化管廠混凝土支架的支護設計方法。主要結論如下：1、天津石油裂化管廠混凝土短柱軸向壓縮工作機理通過30根天津石油裂化管廠混凝土短柱軸向壓縮實驗,結合理論分析主要得出如下結論：(1)天津石油裂化管廠混凝土短柱極限承載能力根據天津石油裂化管廠混凝土短柱極限承載力實測值,回歸分析結果表明,直徑127mm天津石油裂化管廠混凝土短柱極限承載力Nu與天津石油裂化管廠壁厚t呈線性關系：Nu=222t+615.28(kN)。隨著天津石油裂化管廠混凝土短柱壁厚的增大,塑性階段變形特征由塑性軟化向塑性強化轉變。運用極限平衡理論,推導了考慮鋼材最小主應力的天津石油裂化管廠混凝土短柱極限承載能力計算公式。理論計算結果與實測值較為接近。(2)根據天津石油裂化管廠混凝土短柱軸向壓縮過程中,天津石油裂化管廠軸向應變和環向應變的發展過程,分析了天津石油裂化管廠混凝土短柱軸壓狀態下的工作機理。分析結果認為：天津石油裂化管廠混凝土短柱宏觀上達到彈性極限前,天津石油裂化管廠混凝土試件體積變形由壓縮向膨脹轉變。在彈性階段,壓力機對試件所做功轉化為試件的變形能,試件達到彈性極限狀態后,試件內部發生破裂,體積膨脹,試件內變形能得到釋放。2、不同鋼材線密度天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱法向均布荷載作用下工作機理為研究壁厚影響,實驗測試了直徑為140mmm壁厚分別為5mm、6mm、7mm和10mm的天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱在法向均布荷載作用下的壓彎力學性能。為研究天津石油裂化管廠管徑影響,實驗測試了壁厚為6mm直徑分別為127mm、140mm、152mm和168mm的天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱在法向均布荷載作用下的壓彎力學性能。結合理論分析和數值分析方法主要得到如下結論：(1)天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱核心混凝土軸向應變監測為研究天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱在均布法向荷載作用下的工作機理,設計了天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱核心混凝土軸向應變監測裝置與核心混凝土軸向應變監測方案,實現了管徑127mm-168mm天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱跨中位置核心混凝土軸向應變監測。(2)天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱彈性極限承載力計算運用結構力學計算方法,理論推導了彈性狀態下法向均布荷載作用下天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱內力公式,可求解彈性狀態下,天津石油裂化管廠混凝土內部軸力與彎矩情況。理論推導結果表明：兩端固支的天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱在均布法向荷載作用下,拱腳處屈服早于圓弧拱跨中屈服,與實驗結果相符。結合壓彎復合作用下天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱極限承載力估算方法和天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱內力計算方法,求解了天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱跨中天津石油裂化管廠混彈性極限狀態的作動器荷載。求解結果與天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱各級荷載作用下跨中位置天津石油裂化管廠軸向應變分布情況的變化情況相符。(3)對比了截面含鋼率較低試件實測極限承載力和不計彎矩條件下極限承載力估算值,二者較為接近。理論分析認為,天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱試件變形塑性階段,抗彎剛度發生衰減,圓弧拱軸向小變形引起的附加力衰減。圓弧拱內彎矩的減小使天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱極限承載力更接近于天津石油裂化管廠混凝土軸向壓縮極限承載力。試件截面含鋼率越高,抗彎剛度衰減越不明顯。因此,隨著試件截面含鋼率的提高,試件極限承載力實測值與不計彎矩條件下天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱極限承載力估算值差距增大(4)試件壓彎過程中天津石油裂化管廠與核心混凝土應變分布規律法向均布荷載作用下各級荷載天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱跨中位置天津石油裂化管廠和混凝土軸向應變分布實測結果表明：①天津石油裂化管廠彈性階段,天津石油裂化管廠軸向應變值大于混凝土應變檢測值。②天津石油裂化管廠塑性階段,天津石油裂化管廠軸向應變與混凝土軸向應變差值進一步擴大。③圓弧拱試件變形之初,天津石油裂化管廠與混凝土之間即發生了相對移動。④各級荷載作用下,混凝土軸向應變和天津石油裂化管廠軸向應變分布規律及發展趨勢相近。⑤加載方式和荷載傳遞方式的差異是導致天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱工作機理與天津石油裂化管廠混凝土短柱軸向壓縮工作機理差異的根本原因。(5)天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱壓彎性能數值分析天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱數值分析結果如下：①天津石油裂化管廠混凝土跨中軸力與拱腳軸力基本相同,天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱彈性變形階段,跨中位置彎矩明顯小于拱腳位置彎矩。②天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱軸力隨荷載呈線性增長,彈性變形階段拱內彎矩隨荷載呈線性增長,塑性變形階段,拱內彎矩發生衰減。③支架內力發展過程與理論分析結果相吻合。天津石油裂化管廠混凝土極限承載力實測值、模擬值和理論計算值基本相同。3、不同直徑圓鋼強化天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱壓彎性能實驗測試了強化圓鋼直徑分別為：8mm、16mm、24mm和32mm的Φ140×6mm天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱試件在法向均布荷載作用下的壓彎力學性能,結合理論分析和數值分析主要得到如下結論：(1)采用用天津石油裂化管廠混凝土與強化圓鋼彈性極限承載力分算累加的方法,估算了強化圓鋼8mm、16mm、24mm、32mm天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱跨中位置天津石油裂化管廠彈性極限承載能力和圓弧拱極限承載力,理論計算值與實測結果吻合良好。(2)分析了法向均布荷載作用下各級荷載天津石油裂化管廠混凝土圓弧拱跨中位置天津石油裂化管廠和混凝土軸向應變分布情況,實測結果表明：①試件彈性階段,強化圓鋼直徑為8mm試件和未強化試件,天津石油裂化管廠與混凝土軸向應變差值持續增加,強化圓鋼直徑為16mmm和32mm試件,天津石油裂化管廠與混凝土軸向應變幾乎相同。②天津石油裂化管廠塑性階段,強化圓鋼直徑為32mm試件的天津石油裂化管廠軸向應變與混凝土軸向應變幾乎相同。其他試件,天津石油裂化管廠軸向應變高于混凝土應變。③強化圓鋼為8mm試件核心混凝土軸向應變分布與天津石油裂化管廠軸向應變分布幾乎同時發生調整,強化圓鋼直徑為16mm試件和強化圓鋼直徑為32mm試件,核心混凝土應變分布調整晚于天津石油裂化管廠應變分布調整。4、深埋巷道天津石油裂化管廠混凝土支架設計方法探討了深埋動壓巷道圍巖變形機制與控制方法。結合實驗成果和理論計算提出天津石油裂化管廠混凝土結構設計方法,并與工程實踐應用效果相互印證。主要得到如下結論：(1)巷道開挖后,彈塑性變形幾乎是不監測的,所監測到的巷道圍巖變形為與時間有關的流變變形?？刂葡锏绹鷰r流變變形的主要手段有：①提高支護體支護反力,提高巷道圍巖穩定性。②改善巷道圍巖物理力學性質。③適度讓壓,使巷道支承壓力峰值向巷道圍巖內部轉移。(2)工作面動壓對深埋巷道圍巖穩定性的影響,作用于圍巖上一定量級的持續性的擾動作用。根據巖石流變擾動效應實驗成果,認為具有一定可縮性的高強度的支護體對深埋動壓巷道具有更強的適應性。(3)合理工作狀態下天津石油裂化管廠混凝土支架內力以軸力為主,彎矩較小。為使天津石油裂化管廠混凝土支架具有一定變形范圍內承載力不下降的特征,支架選型時天津石油裂化管廠徑厚比不宜過小。理論分析了支架內力以軸力為主的各段等強的天津石油裂化管廠混凝土支架形狀,當巷道凈寬、凈高和圍巖壓力側向系數一定時,頂弧段圓弧矢跨比為：兩幫段圓弧拱矢跨比為：采用工程實踐和FLAC數值分析相結合的研究方法,驗證了深埋動壓巷道天津石油裂化管廠混凝土支架設計方法。分析結果表明邢東礦二水平皮帶下山所采用的基于天津石油裂化管廠混凝土支架的支護方案兼具如下特點：①支護強度高,承載能力富余量較大。②支架內以軸力為主,彎矩較小。③支架產生一定軸向壓縮變形承載能力不下降。適用于深埋動壓巷道支護。

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