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40 / 2023-05-15 15:56:32
Evolution of 3D force chains structure in collapsed body with sectional variable-diameter-pipe jacking
Rescue channel,Collapsed body,Sectional variable-diameter-pipe jacking,3D force chains,Jacking force
13. Mine emergency management and rescue
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Fukun Xiao / Heilongjiang University of Science and Technology
Kai Xie / Heilongjiang University of Science and Technology
Gang Liu / Heilongjiang University of Science and Technology
Lei Shan / Heilongjiang University of Science and Technology
摘要：提出了一种通用性、简便性的分段变径顶管方法。通过粒子流代码（PFC）使用以下三个参数进行了一系列顶管数值测试：模拟条件，材料性能和边界条件。选取力链和顶升阻力作为分析对象，研究各参数对管道顶升过程和开挖过程的影响。

1 引言

围岩结构失稳坍塌引起的隧道堵塞是矿难发生后抢救工作无法有效开展的主要原因。一些学者（王磊等，2022;田洪亮等，2019）提出将顶管钻井技术应用于救援通道建设。但常规岩体顶管的相关经验和理论公式不能直接应用于坍塌体的顶管（M.I. Peerun等人，2022）。因此，有必要将颗粒材料的特性与顶管方法相结合。在离散元数值软件中，可以更好地减少和监测坍塌体的力链，一些学者已经证明颗粒材料的强链结构决定了颗粒材料的力学性能（孙启成等，2008，2010）。本文提出采用分段变径顶管法在塌体中构建救援通道。结合优化的三维力链辨识方法，分析研究了救援通道支护过程中和开挖前后的塌体内力链结构特征和管线顶升阻力。

2 分段变径顶管方法

如图1所示，管道分为多个内径和外径不同的段。除了在第一段顶入的管道外，每段管道都在前一段管道内顶入。因此，每一段新的管道只需要克服在管道未顶入区域产生的顶升阻力。

3 三维力链

的识别方法 基于二维力链识别方法，推导了三维力链识别的角度阈值。同时，以力链的x轴分量指向单位矢量与单位长度H之差为极径，建立三维力链统计方法，以力链在y-z平面与y轴的投影角度β为极角。

3 结论

在各种模拟条件和参数下，崩落体强链结构演化特征与顶升阻力具有较高的相关性。当管粒接触面积、颗粒与管材摩擦系数、颗粒与管材摩擦系数、上覆体厚度发生变化时，管阻力和力链结构的演变有明显的响应。颗粒-颗粒μ3和管道-颗粒μ3之间的数值关系决定了两者在顶升阻力中的主导关系：两者的较小值直接影响顶升阻力-深度曲线的斜率。第二阶段顶升阻力的变化规律由第一阶段顶升后颗粒开挖和开挖面应力释放条件决定。

 
重要日期

  • 会议日期

    08月18日

    2023

    至

    08月20日

    2023

  • 07月07日 2023

    初稿截稿日期

  • 08月20日 2023

    注册截止日期

主办单位
International Committee of Mine Safety Science and Engineering
承办单位
Heilongjiang University of Science and Technology
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