巷道开挖与支护力学分析虚拟仿真实验

在当今的矿业、地下工程等领域，巷道开挖与支护是至关重要的环节，其涉及到复杂的力学原理和工程实践。准确的巷道开挖与支护力学分析，不仅能保障地下工程的安全稳定，还能提高施工效率和降低成本。

一、应用客户

该巷道开挖与支护力学分析虚拟仿真实验拥有广泛的应用客户群体，其中包括中国矿业大学 (北京)、山东建筑职业学院、河南工业职业技术学院等知名院校。这些院校借助此软件，为学生提供了更为专业和实用的教学资源。

二、产品介绍

本项目虚拟仿真实验教学管理平台以地下复杂结构围岩的稳定性以及支护措施为研究背景，结合力学理论、计算机仿真技术、多媒体技术和网络技术，采用面向服务的软件架构开发。在巷道开挖支护设计原则的指导下，它集实物仿真、创新设计、智能指导、虚拟实验结果自动批改和教学规范制度于一体。该平台创建地下围岩所处的地应力环境，充分体现地下工程区别于地上工程的力学特征，让学生在虚拟环境的沉浸式场景下，直观感受巷道开挖的现场工作环境，感受围岩和支护结构的力学响应规律。它能够实现开采中地下复杂结构工程围岩变形、应力、能量以及损伤断裂行为仿真分析，成为具有良好规范化、自主性交互性和可扩展性的虚拟实验教学平台。

三、产品特色

力学模型是根据研究对象的关键力学特征高度抽象得到的。巷道开挖围岩稳定性及支护中隐藏着简支梁、悬臂梁、架结构、框架结构等力学元素。本软件严格遵循巷道开挖力学分析方法，创建地下围岩所处的地应力环境，充分体现地下工程区别于地上工程的力学特征。学生在虚拟环境的沉浸式场景下，不仅能直观感受巷道开挖的现场工作环境，感受围岩和支护结构的力学响应规律，还能从创设的虚拟环境中发现和体验力学建模的奥妙，将理论联系实践，理解和掌握复杂地下工程中的力学分析方法。在三维动态仿真环境下，学生可以通过改变围岩物性、巷道位置、开挖方案、巷道形状和尺寸等，学习不同条件下围岩工程力学响应规律，体会各种因素对围岩力学响应的影响特征。

实验及施工时，要根据围岩的性质及煤巷道支护原理，选择合适的支护材料和支护方式。学生可以改变巷道几何尺寸、围岩种类、锚杆间排距等，探究支护结构对维护地下结构强度和稳定性的作用，从感性认识上升到理性认识，尝试总结不同工程条件下合理的支护设计方案，这也是支护力学在巷道设计中的重要应用。

四、实验内容

1. 矿山巷道工程背景和地应力计算方法：了解巷道开挖的工程背景，掌握地应力的计算方法，为后续的力学分析奠定基础。

2. 巷道开挖的力学建模过程和应力分析方法：深入学习巷道开挖的力学建模过程，掌握应力分析方法，从理论层面理解巷道开挖与支护力学分析。

3. 开挖后巷道围岩弹塑性区特征和应力重分布规律：研究开挖后巷道围岩的弹塑性区特征和应力重分布规律，为支护设计提供依据。

4. 巷道变形破坏的力学响应和岩梁弯曲力学分析：分析巷道变形破坏的力学响应和岩梁弯曲力学，了解巷道支护的必要性和重要性。

5. 巷道支护锚杆的拉压剪扭力学分析和计算原理：掌握巷道支护锚杆的拉压剪扭力学分析和计算原理，确保支护结构的安全性。

6. 利用力学知识解决复杂地下工程问题：通过实验，培养学生利用力学知识解决复杂地下工程问题的能力，提高学生的实践能力。

五、支撑课程

该软件能够为工程力学、地质工程、资源勘查工程、采矿工程、城市地下空间工程、测绘工程等课程提供有力的支撑，辅助教学，让学生在实际操作中更好地理解和掌握相关知识。