[发明专利]地下工程围岩强度-能量支护设计方法

说明书

本公开提供一种地下工程围岩强度‑能量支护设计方法，涉及地下工程安全技术领域，包括以下步骤：建立地下工程数值计算模型，结合围岩取样荷载试验，得到支护范围内围岩强度和围岩弹性应变能。基于恒阻吸能锚固材料的试验测试，获取恒阻吸能锚固材料的力学和吸能性能参数。综合围岩强度和锚固材料力学性能参数、弹性应变能和锚固材料吸能性能参数，基于围岩强度平衡和能量平衡，计算所需锚固材料的支护参数。结合恒阻吸能锚固材料的力学与吸能性能参数，综合考量围岩强度和围岩内部弹性应变能，实现强度支护设计和能量支护设计，保证地下工程岩体的稳定性。

技术领域

本公开涉及地下工程安全技术领域，具体涉及地下工程围岩强度-能量支护设计方法。

背景技术

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，造成的动力冲击灾害事故日益增多，并且易诱发其他重大事故。采用高强、高延伸率、高预紧力的支护形式，是控制围岩大变形的有效方式。

传统地下工程支护方法中主要存在以下不足：传统支护体系的设计多从围岩强度考虑，依据支护结构的力学参数进行支护设计；而在地下工程围岩内部会积聚弹性应变能，受到扰动后会产生动力冲击；且传统支护体系存在强度低、延伸率不足等问题，易导致支护构件破断，进而导致支护体系整体失效。

发明内容

本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种地下工程围岩强度-能量支护设计方法，通过支护范围内积聚的弹性应变能，结合恒阻吸能锚固材料的力学性能参数与吸能性能参数，综合考量围岩强度和围岩内部弹性应变能，实现强度支护设计和能量支护设计，抵抗能量冲击，保证地下工程岩体的稳定性。

为了实现上述目的，采用以下技术方案：

地下工程围岩强度-能量支护设计方法，包括以下步骤：

建立地下工程数值计算模型，结合围岩取样荷载试验，得到支护范围内围岩强度和弹性应变能；

基于恒阻吸能锚固材料的试验测试，获取恒阻吸能锚固材料的力学性能参数和吸能性能参数；

综合围岩强度和锚固材料力学性能参数、弹性应变能和锚固材料吸能性能参数，基于围岩强度平衡和能量平衡，获取所需锚固材料的支护参数，并依此进行围岩支护。

进一步地，围岩弹性应变能为支护范围内围岩积聚的总弹性应变能，围岩强度为支护范围内围岩自重和破坏时需要的荷载。

进一步地，依据恒阻吸能锚固材料的静力拉伸试验、动力冲击试验得到恒阻吸能锚固材料的力学性能参数和吸能性能参数。

进一步地，根据静力拉伸试验，得到锚固材料荷载-伸长率曲线，并计算锚固材料施加预紧力后可吸收的最大能量。

进一步地，根据动力冲击试验数据，控制单次冲击能量，得到锚固材料单次冲击力/位移-冲击次数曲线，计算得到锚固材料能吸收的总动力冲击能。

进一步地，锚固材料的支护参数包括锚固数量、锚固参数、布置参数，结合工程条件形成强度-能量支护方法。

进一步地，还包括，在支护参数确定后，基于吸能防冲判据对锚固材料进行吸能防冲安全性检验。

进一步地，对于检验确定出的最优支护基础参数进行锚固材料的间排距方案设计，确定恒阻吸能锚固材料施打位置。

进一步地，依据强度-能量支护设计方法进行现场施工完成后，开展支护受力、变形，围岩变形、能量等参数的长期现场监测。

进一步地，基于现场监测结果，对所建立的地下工程围岩支护参数设计进行反馈优化。

与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：