辽宁工程技术大学拟推荐的2020年度省科技奖励项目公示[模板]

项目名称

动载扰动下深部洞室锚喷结构损伤理论与大变形控制关键技术及应用

项目简介

项目属于土木建筑及能源技术领域。项目针对深部洞室工程的复杂工况条件及特殊围岩性质，对动荷载下锚喷支护结构损伤破坏机理及控制进行研究，将有助于隧道工程、矿山工程的稳定高产，具有重要的科学价值。

项目以多领域交叉研究为手段，将爆破、掘进、开采等动荷载等效为动拉拔荷载和振动荷载，利用室内试验揭示锚杆体的传力、受力特征，及其与灌浆体粘结力的分布规律，利用有限单元法建立锚杆的非均匀受力模型，建立二层等波速模型来分析锚喷支护法的加固机理。主要内容如下：设计并研制拉拔-爆破耦合荷载作用的试验装置，通过室内模型试验，建立拉拔-爆破荷载耦合下新装锚杆体锚固力的计算模型；通过端锚黏结式锚杆静、动载试验，构建端锚黏结式锚杆非均匀受力预测模型，提出高阶杆单元方式处理动荷载下锚杆支护体的数值计算方法；提出考虑多尺度耦合、局部化损伤与整体功能失效相结合的锚喷支护结构动态演化预测模型；通过二层介质的敲击试验，结合横波波速代替围岩和锚固体的力学参数方法，提出计算锚固参数设计的新方法。

（1）通过室内模型试验，建立了拉拔-爆破荷载耦合下新装锚杆支护体的锚固力预测模型，更加符合现场的实际情况，为隧（巷）道掘进过程中锚喷支护参数设计提供可靠初值，并结合超前地质雷达探测工作面前方围岩破碎情况，设计出更加符合实际的锚杆体支护方案。

（2）将采用高阶杆单元方式处理动荷载下锚杆支护体的数值计算方法，应用到三棱山隧道支护围岩体大变形的预测，并与实测数据进行比较，表明该算法具有极高的计算精度，可为类似工程提供指导。

（3）通过应用考虑多尺度耦合、局部化损伤与整体功能失效相结合的锚喷支护结构动态演化预测模型，对朝阳隧道支护结构进行损伤评估，并与地质雷达进行定性定量对比验证，表明该预测模型的精度更高。通过对隧道的施工进行指导，提出了隧道的快速施工成套技术，在三棱山隧道及其他隧道工程中采用该项目的研究成果，节省投资2170.3万元。

推广应用情况

项目研究成果已经在丹东三棱山隧道、朝阳隧道、山东铺子山隧道以及川藏铁路米林隧道等工程进行应用，对减少工程事故，降低人、材、机成本，提高施工效率具有深远意义，研究成果具有广阔的应用前景。

曾获科技奖励情况

主要知识产权目录（不超过10件）

1

发明专利

一种用于隧道掘进施工的盾构机密封结构

中国

CN ********* B

2019.11.05

********

**大学

张向东，徐鸿涛

2

发明专利

一种砂、土二维非饱和渗流实验装置及方法

中国

CN ********* B

2018.10.12

********

**大学

林雪松，孙闯

3

发明专利

一种脱水污泥固化剂、制备方法与使用方法

中国

CN ********* B

2017.10.20

********

**大学

张树光，孙闯

4

实用新型专利

一种动荷载影响下顶板渗流试验装置

中国

CN ********* U

2019.10.01

********

**大学

杨建军，张向东

5

发明专利

一种隧道中埋式止水带安装装置及其施工方法

中国

CN ********* B

2018.09.18

********

中铁十九局集团有限公司

刘国强

6

发明专利

一种两臂凿岩台车隧道钻孔方法

中国

CN ********* B

2019.12.24

********

中铁十九局集团第六工程有限公司

刘国强

7

实用新型专利

一种微变形监测装置

中国

CN ********* U

2019.04.16

********

中铁十九局集团第六工程有限公司

刘国强

8

实用新型专利

隧道

中国

CN ********* U

2019.04.05

********

中铁十九局集团第六工程有限公司

刘国强

9

实用新型专利

隧道施工缝防水系统

中国

CN ********* U

2019.01.15

********

中铁十九局集团第六工程有限公司

刘国强

10

实用新型专利

可预防初期支护外壁脱空的隧道系统

中国

CN ********* U

2019.01.15

********

中铁十九局集团第六工程有限公司

刘国强

论文、论著目录（不超过10篇）

1

采动影响下大跨度煤巷耦合支护技术研究与应用/岩石力学与工程学报

3.12

2014,33(1): 60-68

2014.1.15

李庆文

张向东

是

35

是

2

横向简谐荷载作用下端锚黏结式锚杆黏结性试验研究/煤炭学报

3.62

2016,41(6): 1407-1415

2016.6.15

张向东

张哲诚

是

1

是

3

基于端锚黏结式锚杆静、动载试验的非均匀受力锚杆单元/岩土力学

2.36

2016,37(1): 269-278

2016.1.10

王帅

张向东

是

5

是

4

二层水平介质中震源的精确定位/岩土工程学报

2.11

2014,36(6): 1044-1050

2014.2.26

王帅

张向东

是

1

是

5

二层水平介质球面波正反演联用与震源定位/岩土工程学报

2.11

2015,37(2): 225-234

2014.10.18

王帅

张向东

是

是

6

强膨胀软岩巷道变形特性及控制对策研究/**大学学报

3.24

2017,46(3): 493-500

2017.5.16

张向东

张向东

是

1

是

7

花岗岩峰后力学特性试验与模型研究/ 岩土工程学报.

2.11

2015,35(6): 91-102

2015.06.

25

孙闯

孙闯

是

1

是

8

深部软弱岩体峰后等效力学模型及数值计算研究/岩土工程学报.

2.11

2014,33(7): 31-42

2014.07.

25

孙闯

孙闯

是

1

是

完成人情况表

姓名、排名、职称、工作单位、完成单位、对本项目技术创造性贡献、曾获国家、省科技奖励情况

姓名

排名

职称

工作单位

完成单位

创造性贡献

曾获奖励

张向东

1

教授

**大学

**大学

建立了考虑多尺度耦合、局部化损伤与整体功能失效相结合的锚喷支护结构动态演化预测模型，填补了我国在大断面巷道快速掘进支护结构损伤研究领域的空白。

获得辽宁省科技进步二等奖1项，三等奖2项。

李庆文

2

讲师

**大学

**大学

设计并研制了拉拔-爆破耦合荷载作用的试验装置，通过室内模型试验，首次建立了拉拔-爆破荷载耦合下新装锚杆体锚固力的预测模型，填补了我国在动载作用下锚喷联合支护设计理论方面的空白。

孙闯

3

副教授

**大学

**大学

提出了隧道围岩流变大变形理论及模型。

获得辽宁省科技进步二等奖1项，三等奖2项。

王学军

4

高级工程师

中铁九局集团有限公司

中铁九局集团有限公司

建立了拉拔-爆破荷载耦合下新装锚杆体锚固力的现场预测实验体系，完善了动荷载下锚杆支护体的现场稳定性分析方法。

获中施企协科技进步二等奖1项，获**市科技进步三等奖2项。

王帅

5

讲师

**大学

**大学

通过二层介质的敲击试验，结合横波波速代替围岩和锚固体的力学参数方法，提出了计算锚固参数设计的新方法，完善了围岩锚固参数设计的计算方法。

获得辽宁省科技进步三等奖1项

陶 琦

6

高级工程师

中铁十九局集团第六工程有限公司

中铁十九局集团第六工程有限公司

现场采用拉拔-爆破耦合荷载装置，检测锚杆在爆破条件下的受理特征，建立了拉拔-爆破荷载耦合下新装锚杆体锚固力的预测模型，填补了我国在动载作用下锚喷联合支护设计理论方面的空白。

刘国强

7

高级工程师

中铁十九局集团第六工程有限公司

中铁十九局集团第六工程有限公司

建立了拉拔-爆破荷载耦合下新装锚杆体锚固力的预测模型。

韩希平

8

高级工程师

中铁十九局集团第六工程有限公司

中铁十九局集团第六工程有限公司

建立了拉拔-爆破荷载耦合下新装锚杆体锚固力的预测模型。

张建俊

9

讲师

**大学

**大学

建立了考虑多尺度耦合、局部化损伤与整体功能失效相结合的锚喷支护结构动态演化预测模型。

获得辽宁省科技进步三等奖1项

刘纪飞

10

高级工程师

中铁九局集团有限公司

中铁九局集团有限公司

建立了拉拔-爆破荷载耦合下新装锚杆体锚固力的预测模型。