U型约束混凝土拱架力学性能及变形破坏机制试验

王琦^1,2,3，王德超^1,4，李为腾^1,2，任尧喜⁴，阮国强³，肖国强³，郭念波³，潘锐¹

1. 山东大学岩土与结构工程研究中心2. 山东省矿山灾害预防控制国家重点实验室培育基地3. 兖矿集团有限公司博士后工作站4. 龙口煤电有限公司

摘 要：针对深井高应力巷道支护难题,基于常规U型钢拱架设计了一种U型约束混凝土(UCC)支护系统。为明确支护系统核心构件UCC拱架的力学性能及变形破坏机制,采用自主研发的地下工程约束混凝土拱架1∶1力学试验系统,并结合数值计算方法,开展了系统的试验研究。结果表明,均压加载条件下,室内试验UCC29拱架的屈服荷载为1 230 k N,极限荷载为1 310 k N,数值模拟与室内试验结果相差仅为8.86%和12.5%,拱架整体呈现"拱顶上升,拱腿内敛,整体变瘦高"的变形形态,最大变形部位在拱腿中部至起拱点位置。拱架变形破坏机制为局部强度破坏造成拱架整体失稳。现场应用效果显示,UCC拱架具有显著的围岩控制效果,为深井高应力巷道提供了一种新型支护形式。

关键词：深井;约束混凝土拱架;力学性能;变形破坏机制;