Mechanical characteristics and stability analysis of surrounding rock reinforcement in rectangular roadway
Creators
- 1. University of Science and Technology
- 2. Xi'an University of Science and Technology
Description
Abstract The stability of surrounding rock with bolt support depends on the stability within the reinforcement range. To understand the reinforcing mechanism of a rectangular roadway bolt fully and accurately, a quantitative method for evaluating the stability of the surrounding rock of a rectangular roadway must be developed. First, a roof beam model of a rectangular tunnel is established according to the deformation law of surrounding rock. Based on the elastic–plastic theory, the deflection calculation formula can be derived, and the ultimate load of the roof beam can be obtained under the plastic state without support. Second, based on the reinforcement effect of bolts, a model of a surrounding rock reinforcement body is established, the physical and mechanical properties of this body are deduced, and a method for evaluating the stability of surrounding rock is derived. Finally, by considering actual engineering cases, the theoretical calculation results of surrounding rock deformation are compared with the numerical simulation and field monitoring results. Moreover, the influence of different parameters of the bolt support on the mechanical characteristics and stability of reinforcement is investigated. The results show that the theoretical calculations approximate the numerical simulation and field monitoring values, thus verifying the rationality of the theory. The physical and mechanical properties and stability of the surrounding rock reinforcement body are considerably affected by changes in bolt length and spacing. The anchor design must apply the following principle: the bolt must either be long and sparsely spaced or short and densely spaced. The theory presented in this paper provides a relatively simple and fast quantitative calculation method for the study of the surrounding rock stability of bolt-supported rectangular roadways.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
الملخص يعتمد ثبات الصخور المحيطة مع دعامة البراغي على الثبات داخل نطاق التسليح. لفهم آلية تقوية مسمار الطريق المستطيل بشكل كامل ودقيق، يجب تطوير طريقة كمية لتقييم استقرار الصخور المحيطة بالطريق المستطيل. أولاً، يتم إنشاء نموذج شعاع سقف لنفق مستطيل وفقًا لقانون تشوه الصخور المحيطة. بناءً على نظرية المرونة والبلاستيك، يمكن اشتقاق صيغة حساب الانحراف، ويمكن الحصول على الحمل النهائي لشعاع السقف تحت الحالة البلاستيكية دون دعم. ثانياً، بناءً على تأثير التعزيز للمسامير، يتم إنشاء نموذج لجسم تقوية الصخور المحيطة، ويتم استنتاج الخواص الفيزيائية والميكانيكية لهذا الجسم، ويتم اشتقاق طريقة لتقييم استقرار الصخور المحيطة. أخيرًا، من خلال النظر في الحالات الهندسية الفعلية، تتم مقارنة نتائج الحساب النظري لتشوه الصخور المحيطة بالمحاكاة العددية ونتائج المراقبة الميدانية. علاوة على ذلك، يتم التحقيق في تأثير المعلمات المختلفة لدعامة المسمار على الخصائص الميكانيكية واستقرار التعزيز. تظهر النتائج أن الحسابات النظرية تقارب قيم المحاكاة العددية والمراقبة الميدانية، وبالتالي التحقق من عقلانية النظرية. تتأثر الخواص الفيزيائية والميكانيكية واستقرار جسم تسليح الصخور المحيط بشكل كبير بالتغيرات في طول المسمار والتباعد. يجب أن يطبق تصميم المرساة المبدأ التالي: يجب أن يكون المسمار إما طويلًا ومتباعدًا بشكل متناثر أو قصيرًا ومتباعدًا بشكل كثيف. توفر النظرية المقدمة في هذه الورقة طريقة حساب كمي بسيطة وسريعة نسبيًا لدراسة استقرار الصخور المحيطة بالطرق المستطيلة المدعومة بالمسامير.Translated Description (French)
Résumé La stabilité de la roche environnante avec support de boulon dépend de la stabilité dans la plage de renforcement. Pour comprendre le mécanisme de renforcement d'un boulon de chaussée rectangulaire de manière complète et précise, une méthode quantitative d'évaluation de la stabilité de la roche environnante d'une chaussée rectangulaire doit être développée. Tout d'abord, un modèle de poutre de toit d'un tunnel rectangulaire est établi selon la loi de déformation de la roche environnante. Sur la base de la théorie élastique-plastique, la formule de calcul de la déflexion peut être dérivée, et la charge ultime de la poutre de toit peut être obtenue à l'état plastique sans support. Deuxièmement, sur la base de l'effet de renforcement des boulons, un modèle d'un corps de renforcement de roche environnant est établi, les propriétés physiques et mécaniques de ce corps sont déduites, et une méthode d'évaluation de la stabilité de la roche environnante est dérivée. Enfin, en considérant des cas d'ingénierie réels, les résultats des calculs théoriques de la déformation de la roche environnante sont comparés aux résultats de la simulation numérique et de la surveillance sur le terrain. De plus, l'influence de différents paramètres du support de boulon sur les caractéristiques mécaniques et la stabilité du renforcement est étudiée. Les résultats montrent que les calculs théoriques se rapprochent des valeurs de simulation numérique et de surveillance sur le terrain, vérifiant ainsi la rationalité de la théorie. Les propriétés physiques et mécaniques et la stabilité du corps de renforcement rocheux environnant sont considérablement affectées par les changements de longueur et d'espacement des boulons. La conception de l'ancrage doit appliquer le principe suivant : le boulon doit être long et peu espacé ou court et densément espacé. La théorie présentée dans cet article fournit une méthode de calcul quantitatif relativement simple et rapide pour l'étude de la stabilité de la roche environnante des routes rectangulaires soutenues par des boulons.Translated Description (Spanish)
Resumen La estabilidad de la roca circundante con soporte de perno depende de la estabilidad dentro del rango de refuerzo. Para comprender el mecanismo de refuerzo de un perno de calzada rectangular de manera completa y precisa, se debe desarrollar un método cuantitativo para evaluar la estabilidad de la roca circundante de una calzada rectangular. En primer lugar, se establece un modelo de viga de techo de un túnel rectangular de acuerdo con la ley de deformación de la roca circundante. Con base en la teoría elástico-plástica, se puede derivar la fórmula de cálculo de la deflexión, y se puede obtener la carga final de la viga del techo bajo el estado plástico sin soporte. En segundo lugar, a partir del efecto de refuerzo de los pernos, se establece un modelo de un cuerpo de refuerzo de roca circundante, se deducen las propiedades físicas y mecánicas de este cuerpo y se deriva un método para evaluar la estabilidad de la roca circundante. Finalmente, al considerar los casos reales de ingeniería, los resultados del cálculo teórico de la deformación de la roca circundante se comparan con los resultados de la simulación numérica y el monitoreo de campo. Además, se investiga la influencia de diferentes parámetros del soporte del perno sobre las características mecánicas y la estabilidad del refuerzo. Los resultados muestran que los cálculos teóricos se aproximan a los valores numéricos de simulación y monitoreo de campo, verificando así la racionalidad de la teoría. Las propiedades físicas y mecánicas y la estabilidad del cuerpo de refuerzo de roca circundante se ven considerablemente afectadas por los cambios en la longitud y el espaciado de los pernos. El diseño del anclaje debe aplicar el siguiente principio: el perno debe ser largo y escasamente espaciado o corto y densamente espaciado. La teoría presentada en este artículo proporciona un método de cálculo cuantitativo relativamente simple y rápido para el estudio de la estabilidad de la roca circundante de las carreteras rectangulares soportadas por pernos.Files
latest.pdf.pdf
Files
(775.4 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:a902caf31fc379b9d953f6a93b91eeb5
|
775.4 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الخصائص الميكانيكية وتحليل الاستقرار لتقوية الصخور المحيطة في الطريق المستطيل
- Translated title (French)
- Analyse des caractéristiques mécaniques et de la stabilité de l'armature rocheuse environnante dans une chaussée rectangulaire
- Translated title (Spanish)
- Características mecánicas y análisis de estabilidad del refuerzo de roca circundante en calzada rectangular
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4308843743
- DOI
- 10.21203/rs.3.rs-2242431/v1
References
- https://openalex.org/W1967217592
- https://openalex.org/W1994244409
- https://openalex.org/W2020610550
- https://openalex.org/W2025016563
- https://openalex.org/W2030270244
- https://openalex.org/W2044525214
- https://openalex.org/W2624817038
- https://openalex.org/W2810466084
- https://openalex.org/W2904048904
- https://openalex.org/W3216550213
- https://openalex.org/W4206681577