免費下載！
[!--downpath--]摘要：
房柱法是全球最著名和廣泛使用的地下采礦方式之一。雖然這些技巧傳統上與采礦有關，但其應用作為一種經濟高效、多功能的建筑施工方式，可用于小型地下空間的民用開發。支撐面理論（TAT）傳統上被用于恐怕平均柱體撓度，這是設計過程中經驗性技巧的第一步。其實TAT和經驗性柱體撓度多項式已成功運用，但眾所周知TAT傾向于過度簡化而且低估對支撐柱施加的壓力。
本文的主要目的是通過直接比較TAT值和有限元剖析中木柱造成的撓度來剖析和評估支柱撓度條件。在這個過程中，進行了一系列三維和二維數值剖析，針對各類不同支柱配置和初始原始撓度場進行研究，以正確解碼支柱加載方案并描畫撓度恐怕誤差。作者建議使用兩個冪多項式來直接計算柱頂上形成的平均主要主撓度，這兩種多項式均適用于肋柱和方柱布局。發覺方程式的性能提供了與2D和3D數值剖析結果一致的高置信度結果。總的來說理論應力值計算公式，在更有效的立柱設計方面還有進一步的改進空間，可最大限度地發揮房柱法的全部潛力。
圖1.借助房柱法開采地下空間（KICT，2014）
雖然TAT在實證柱評估中被廣泛使用，但其概念相對簡單且所得撓度結果相當保守。本文借以更清晰地評估支柱的撓度，并通過使用RS2和RS3FEA軟件進行二維和三維數值剖析來恐怕預期撓度。采用了兩種2D和3D剖析的論述，以考慮肋（長圓形支柱，LP/WP>10）和正圓形支柱（LP/WP=1）布局的支柱幾何配置，在其中LP是產生的支柱寬度，WP代表其長度。之后將結果與Area（TAT）構想的撓度進行比較，便于更精確地評估并對比這兩種方式。
本研究調查的情境
對于本研究的范圍，作者采用了一定的參數框架，以實現具有高度代表性的評估。針對覆蓋層高度150m和250m的兩(2)種情況進行了剖析，這是房柱法的典型應用深度范圍。據悉理論應力值計算公式，它們代表了用于托管民用應用程序和使用類型的房柱式典型應用程序的上限。FEA使用Mohr-本構模型。采用軟件得到所采用巖石介質的等效巖土參數，見表1。
TAT理論-支柱撓度評估
圖2.按照TAT，脊椎（左）和方柱（右）的area和平均法向柱撓度（開采后）
二維數值剖析
借助RS2巖土有限元剖析軟件，針對初始撓度場和幾何柱配置的所有采用方案生成了12個模型。
圖3.2D有限元剖析中，150米厚覆巖下采空區域主撓度（σ1）等值線的視圖和近視圖（房柱間距WR=WP=5m，房柱高度HP=5m）
三維數值剖析
進行3D數值剖析時，使用RS3巖土有限元軟件開發了共計12個模型。生成的模型代表均勻分布的7×7方柱。這種木柱是逐漸產生的，即先挖掘巷道，之后再進行單向縱向貫通（圖4）。選擇這些挖掘次序是為了驗證與2D剖析相關的撓度結果，由于在最終幾何形狀中預期會出現方柱網格之前須要首先產生肋柱。
圖4.7×7柱狀網格煤礦布局的頂管次序（WP，6m）
圖5.方柱3D數值模型內的主撓度(σ1)等值線視圖
圖6.在150m和250m覆巖深度下（長度WR=5m，房柱高度HP=5m），按照TAT、2DFEA、2DFEA修正和3DFEA估算的肋柱撓度
圖7.長圓形柱撓度，按照TAT和3DFEA估算，針對150m和250m覆蓋深度（長度WR=5m，柱高度HP=5m）
通過所提供的剖析，在房柱式采礦方式的情況下，通過2D和3DFEA檢測了肋柱和方柱底部形成的平均主要主撓度（采礦后）的恐怕，并與結果進行了比較-由TAT理論獲得。作者設定的框架的推論總結如下：
-正如幾位研究人員早已強調的那樣，通過TAT恐怕的壓力夸大了采礦后的壓力場。據評估，TAT低估了×1.25到×2倍的撓度值（分別針對肋柱和方柱），尤其是在考慮狹長圓形柱時（WP1313m（W/H>2.5）或對于肋柱，WP>10m。
-建議使用熱學方程式1和方程式2分別估算肋柱和方柱布置形式下沿底部發展的平均主撓度。通過有限元剖析，對50m至350m范圍內的大量覆巖高度進行了測試，并證明這種建議公式提供幾乎相同的值（平均恐怕差別±2％），因而才能確切預測支柱撓度。
參考文獻：
I,A.:3D&2Dvs.Area[M]//-andtoMakeaontheWorld.CRCPress,2023:1065-1073.
