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[!--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(tǒng)上與采礦有關(guān)，但其應(yīng)用作為一種經(jīng)濟(jì)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(fā)。支撐面理論（TAT）傳統(tǒng)上被用于恐怕平均柱體撓度，這是設(shè)計(jì)過程中經(jīng)驗(yàn)性技巧的第一步。其實(shí)TAT和經(jīng)驗(yàn)性柱體撓度多項(xiàng)式已成功運(yùn)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(gè)過程中，進(jìn)行了一系列三維和二維數(shù)值剖析，針對各類不同支柱配置和初始原始撓度場進(jìn)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(gè)冪多項(xiàng)式來直接計(jì)算柱頂上形成的平均主要主撓度，這兩種多項(xiàng)式均適用于肋柱和方柱布局。發(fā)覺方程式的性能提供了與2D和3D數(shù)值剖析結(jié)果一致的高置信度結(jié)果。總的來說理論應(yīng)力值計(jì)算公式，在更有效的立柱設(shè)計(jì)方面還有進(jìn)一步的改進(jìn)空間，可最大限度地發(fā)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(shí)證柱評估中被廣泛使用，但其概念相對簡單且所得撓度結(jié)果相當(dāng)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(jìn)行二維和三維數(shù)值剖析來恐怕預(yù)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(chǎn)生的支柱寬度，WP代表其長度。之后將結(jié)果與Area（TAT）構(gòu)想的撓度進(jìn)行比較，便于更精確地評估并對比這兩種方式。
本研究調(diào)查的情境
對于本研究的范圍，作者采用了一定的參數(shù)框架，以實(shí)現(xiàn)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(jìn)行了剖析，這是房柱法的典型應(yīng)用深度范圍。據(jù)悉理論應(yīng)力值計(jì)算公式，它們代表了用于托管民用應(yīng)用程序和使用類型的房柱式典型應(yīng)用程序的上限。FEA使用Mohr-本構(gòu)模型。采用軟件得到所采用巖石介質(zhì)的等效巖土參數(shù)，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(shù)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(gè)模型。
圖3.2D有限元剖析中，150米厚覆巖下采空區(qū)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(shù)值剖析
進(jìn)行3D數(shù)值剖析時(shí)，使用RS3巖土有限元軟件開發(fā)了共計(jì)12個(gè)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(chǎn)生的，即先挖掘巷道，之后再進(jìn)行單向縱向貫通（圖4）。選擇這些挖掘次序是為了驗(yàn)證與2D剖析相關(guān)的撓度結(jié)果，由于在最終幾何形狀中預(yù)期會(huì)出現(xiàn)方柱網(wǎng)格之前須要首先產(chǎn)生肋柱。
圖4.7×7柱狀網(wǎng)格煤礦布局的頂管次序（WP，6m）
圖5.方柱3D數(shù)值模型內(nèi)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(jié)果進(jìn)行了比較-由TAT理論獲得。作者設(shè)定的框架的推論總結(jié)如下：
-正如幾位研究人員早已強(qiáng)調(diào)的那樣，通過TAT恐怕的壓力夸大了采礦后的壓力場。據(jù)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(shí)（WP1313m（W/H>2.5）或?qū)τ诶咧琖P>10m。
-建議使用熱學(xué)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(fā)展的平均主撓度。通過有限元剖析，對50m至350m范圍內(nèi)的大量覆巖高度進(jìn)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(yù)測支柱撓度。
參考文獻(xiàn)：
I,A.:3D&2Dvs.Area[M]//-andtoMakeaontheWorld.CRCPress,2023:1065-1073.
