采场支架围岩关系及其监测控制 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国矿业大学出版社

作者:刘长友

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2003-11-01

价格:28.0

装帧:

isbn号码:9787810708159

丛书系列:

图书标签:

• 采场支架
• 围岩关系
• 监测技术
• 控制技术
• 矿山工程
• 支护工程
• 岩石力学
• 安全生产
• 采矿工程
• 地质工程

《地下工程支护结构与围岩互馈机制研究》 一、 书籍核心内容概述 本书深入剖析了地下工程中支护结构与围岩之间的复杂互馈机制，旨在揭示两者相互作用的内在规律，并在此基础上提出先进的监测与控制理论和技术。全书聚焦于地下硐室、巷道、隧道等典型工程场景，以严谨的科学理论为指导，结合大量实测数据和工程案例，系统阐述了支护结构在承受围岩荷载、约束围岩变形、传递围岩应力等方面的作用，以及围岩对支护结构产生的反作用力、变形响应和力学状态变化。本书不仅关注静态力学分析，更侧重于动态过程中的相互影响，为理解和解决地下工程中的稳定性问题提供了理论框架和技术支撑。 二、 研究背景与重要意义 随着能源、交通、矿产等地下资源的开发利用日益深入，地下工程的数量和规模不断扩大，其结构复杂性和环境地质条件也愈发多样。在这些工程中，支护结构与围岩的关系是决定工程安全、经济和可持续性的关键。支护结构不仅是抵御围岩失稳的屏障，更是与围岩共同构成承载体系的有机组成部分。两者之间的相互作用，即围岩的变形、应力状态如何影响支护结构的受力性能，以及支护结构的加固、约束作用又如何改变围岩的力学行为，是地下工程界长期关注的焦点。 传统的支护设计往往侧重于孤立地计算支护结构的承载能力，而忽略了围岩的实际力学状态和支护结构的“受力反馈”。这种模式在面对复杂地质条件、高地应力、强烈的地下水活动等挑战时，往往显得力不从心，导致支护失效、塌方等事故时有发生。因此，深入研究支护结构与围岩的互馈机制，建立能够准确反映两者相互作用的理论模型，并开发有效的监测与控制技术，对于提高地下工程的安全性、延长工程使用寿命、降低工程成本，乃至实现地下空间的集约高效利用，都具有极其重要的现实意义和理论价值。 三、 理论基础与研究方法 本书建立在岩石力学、结构力学、土力学、数值模拟等多个学科的坚实基础上。 岩石力学理论： 详细阐述了围岩在不同应力状态下的变形特性、强度准则（如摩尔-库仑准则、Drucker-Prager准则等）、损伤力学模型以及围岩的流变性等。重点分析了围岩的应力集中、应力释放、塑性区扩展等现象，并讨论了这些现象对支护结构受力的影响。 结构力学与材料力学： 分析了各类支护结构（如锚杆、喷射混凝土、钢筋网、钢拱架、组合支护等）的受力机理、变形特性、失效模式，并研究了支护结构与围岩之间界面力学行为。 数值模拟技术： 采用有限元法、离散元法、数值流形法等先进的数值模拟技术，构建反映实际工程地质条件和支护结构的计算模型。通过模拟，可以直观地展现围岩与支护结构在加载、变形过程中的应力分布、位移云图，以及两者之间的相互作用力。本书特别强调了数值模型中边界条件、材料参数选取、网格划分等关键因素对模拟结果准确性的影响。 现场监测与实验研究： 强调了现场实测数据在验证理论模型、指导数值模拟以及制定控制策略中的不可替代作用。书中介绍了多种先进的地下工程监测技术，如位移监测（沉降仪、测斜仪、全站仪）、应力监测（锚杆测力计、土压力计）、变形监测（裂缝计、挠度计、内应力计）、以及围岩稳定监测（声发射、地电电阻率、渗流监测）等。同时，也可能包含室内模型试验和现场尺度的支护效果试验，以验证理论分析的可靠性。 四、 支护结构与围岩的互馈机制详述 本书将互馈机制分解为多个关键环节进行深入探讨： 1. 围岩对支护结构的反馈： 荷载传递与分布： 围岩在开挖后会产生新的应力场，荷载如何通过围岩传递到支护结构，以及支护结构如何分散和承受这些荷载，是核心研究内容。这包括了围岩自身的应力重分布、塑性区和破坏区的形成，以及这些区域对支护结构施加的静载、动载和冲击载荷。 变形响应与约束： 围岩的变形（收敛、沉降、隆起等）是其失稳的重要标志。支护结构的作用在于约束这些变形，但围岩的变形本身也会对支护结构产生作用力，甚至导致支护结构的变形和破坏。本书详细分析了不同类型支护结构对围岩变形的约束效果，以及围岩变形对支护结构强度和刚度的影响。 应力状态变化： 围岩的应力状态会随着开挖、支护以及时间的推移而不断变化。支护结构的安装和受力，会改变围岩的内部应力场，可能引发新的应力集中或释放。理解这种应力变化是预测围岩稳定性和支护结构性能的关键。 含水率和渗透性的影响： 地下水是影响围岩稳定性的重要因素。围岩的含水率变化、渗透性的改变，会显著影响围岩的力学性能，进而改变其对支护结构的荷载和变形响应。本书将探讨地下水压力和渗流对互馈机制的影响。 2. 支护结构对围岩的反馈： 围岩加固与承载能力提升： 支护结构通过锚固、约束、承载等作用，显著提高围岩的整体承载能力，形成一个协同工作的支护-围岩复合体。例如，锚杆的作用是锚固岩块，提高围岩的整体性和抗剪强度；喷射混凝土和钢筋网则形成了一个封闭的应力环，约束围岩的变形，提高围岩的围压。 围岩应力场和变形场的重塑： 支护结构的引入，会改变原有的围岩应力场和变形场。通过合理的支护设计，可以将原有的不利应力集中区域转化为有利的应力传递路径，将围岩的变形控制在安全范围内。 围岩性能的改变： 支护结构不仅从力学上改变围岩，其对围岩的覆盖和约束，也可能改变围岩的物理性质，例如降低围岩的渗透性，阻碍水分的迁移。 长期稳定性效应： 支护结构与围岩的长期相互作用，会随着时间的推移而演变。例如，围岩的蠕变、支护结构的松弛、连接件的腐蚀等，都可能导致互馈机制的动态变化。本书将分析这些长期效应。 五、 监测与控制策略 基于对互馈机制的深刻理解，本书提出了系统化的监测与控制策略： 1. 监测系统设计与实施： 多参数、全方位监测： 强调构建集位移、应力、变形、渗流、声学信号等多种参数于一体的综合监测体系。 空间与时间序列监测： 结合不同测点的空间分布和数据采集的时间序列，全面掌握围岩-支护体系的演化过程。 智能监测与预警： 引入先进的数据分析和人工智能技术，实现对监测数据的实时处理、趋势预测和异常告警，变被动响应为主动预防。 2. 控制策略的制定与优化： 基于反馈的动态调控： 监测数据显示的围岩-支护互馈状态，将成为调整和优化支护方案的重要依据。例如，根据围岩变形速率，及时调整锚杆的加固密度和预应力；根据围岩应力集中情况，调整喷射混凝土的厚度和配筋。 适应性支护理念： 提倡采用适应性支护理念，根据围岩的实际情况和监测结果，灵活调整支护参数和施工方法。 数值模拟与监测数据耦合： 将数值模拟与现场监测数据相结合，建立“模拟-监测-反馈-修正”的闭环控制系统，不断提高支护设计的科学性和可靠性。 风险评估与应急预案： 建立完善的风险评估体系，并针对可能发生的突发情况，制定详细的应急预案，确保工程安全。 六、 应用前景与未来展望 本书的研究成果将广泛应用于各类地下工程，包括： 矿山开采： 提高矿井巷道、采空区的围岩稳定性，减少安全事故，提高采矿效率。 城市地下空间开发： 确保地铁、地下停车场、人防工程等结构的长期安全运行。 水利水电工程： 保证引水隧洞、地下厂房等关键构筑物的稳定性。 地质灾害防治： 为边坡加固、地下滑坡治理等提供理论指导。 未来，本书的研究将继续深化，重点关注以下方向： 复杂地质条件下支护-围岩互馈机制： 如高地应力、强富水、软弱围岩、活动构造带等复杂地质环境下的互馈行为。 智能化、自适应支护技术： 结合物联网、大数据、人工智能等技术，开发更加智能、能够自我调节的支护系统。 新型支护材料与结构： 研究新型高性能支护材料（如纤维增强复合材料）和新型支护结构（如模块化、智能化支护）对互馈机制的影响。 多场耦合效应： 进一步深入研究温度、水分、应力、电磁等多种场耦合作用下，支护结构与围岩的复杂互馈行为。 总之，《地下工程支护结构与围岩互馈机制研究》一书，通过系统而深入的研究，为地下工程的安全、经济、高效建设提供了重要的理论支撑和技术指导，是地下工程领域从业者、研究者和学生不可多得的参考书籍。

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初翻这本书，我原以为这会是一本晦涩难懂的学术专著，毕竟“围岩关系”听起来就挺高深的。然而，出乎意料的是，作者在文字组织上展现了极高的清晰度和逻辑性。他没有沉溺于复杂的数学模型，而是用一种非常“工程师式”的思维，将工程实践中的具体问题拆解开来，层层剖析。比如说，书中对不同煤层硬度和不同支护形式下围岩响应差异的对比分析，简直是教科书级别的范例。这种结构化的叙述方式，让读者能够很容易地跟上作者的思路，从宏观的采场布局到微观的支架与岩石接触面应力分布，都建立起了清晰的知识脉络。对于刚接触这个领域的年轻工程师来说，这本书无疑是一座极佳的入门阶梯，它提供了一个系统化的知识框架，避免了走弯路。更值得称赞的是，书中穿插了一些经典案例的分析，让理论不再悬空，而是有了坚实的落地基础，让人读后茅塞顿开。

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从出版质量和内容编排的角度来看，这本书确实达到了行业内较高水准。装帧虽然朴素，但内页的图表制作非常精良，许多剖面图和受力示意图清晰明了，对于理解三维空间中的力学传递至关重要。尤其是一些关键节点的放大图，几乎是以三维动画的清晰度呈现出来的，这极大地减轻了读者在脑海中构建复杂结构模型的负担。此外，本书的引文和参考资料标注得非常规范，可以看出作者在整合现有研究成果和自身实践经验方面下了很大功夫。它并非孤立地提出某项技术，而是将其置于整个采矿工程技术的宏观背景下进行讨论，使得阅读体验非常连贯和充实。对于希望进行进一步学术研究的读者而言，这本书提供了一个非常扎实的研究基础和诸多可以深入挖掘的课题方向。

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这本书最让我感到“耳目一新”的，是它在传统支护理论框架内，融入了大量的现代信息技术应用。特别是关于传感器网络构建和实时数据反馈系统的描述，展现了作者紧跟时代发展的视野。它不再局限于传统的拉力计、地压计，而是探讨了如何利用物联网技术对支架的健康状况进行远程、不间断的监控。这种“智慧矿山”的理念渗透在全书之中，让人看到未来采场管理的面貌。作者巧妙地将最新的信息技术工具与古老的岩土工程问题结合起来，提供了一套更具效率和精确性的解决方案。读完后，我立刻组织团队学习如何改进我们现有的监测方案，试图引入书中提到的某些数据处理方法。这本书的价值，在于它不仅解决了当前的问题，更引领我们去思考如何用更先进的手段应对未来的挑战。

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这本《采场支架围岩关系及其监测控制》读下来，最大的感受就是它像一位经验丰富的老矿工在跟你娓娓道来他几十年的心血结晶。书里对采场支架和围岩相互作用的描述，不是那种干巴巴的理论堆砌，而是充满了实战的味道。作者似乎对每一次支架的变形、围岩的移动都了如指掌，把那些复杂的力学现象讲得非常直观。特别是关于监测技术的部分，简直就是一本实操手册，每一个监测点的布置，每一个数据的解读，都写得细致入微。读起来感觉像是作者亲自带着你下到井下，一步步教你如何判断顶板的稳定性，如何调整支架的受力状态。对于我们这些常年在一线工作的技术人员来说，这种“干货满满”的感觉非常宝贵，它不仅巩固了我们对现有规范的理解，更启发了我们在面对突发状况时如何灵活应变。我个人尤其欣赏作者在描述风险控制时的那种谨慎和务实，真正体现了安全是第一位的核心理念。这本书对于提升现场的本质安全水平，绝对是立竿见影的指导。

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这本书的价值，我认为很大程度上体现在它对“动态控制”理念的深入阐释上。过去我们总强调设计阶段的合理性，但采矿环境是时刻变化的，支架和围岩的关系更是个动态博弈的过程。作者显然深谙此道，他没有把监测仅仅看作是事后的检验工具，而是将其提升到了主动干预、优化支护的战略高度。书中关于预警阈值的设定和及时调整的论述，体现了对现场复杂性的深刻洞察。我特别关注了其中关于“支架刚度与围岩弹性的匹配”那一章节，它不仅仅是告诉我们‘应该’怎么做，而是深入解释了‘为什么’要这么做。这种对深层机理的揭示，使得我们不仅仅是学会了一套操作流程，更是培养了一种对采场安全的“直觉”和“预判能力”。可以说，这本书是培养具有前瞻性思维的矿山管理人才的必备读物。

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