發(fā)表于《Results in Engineering》的一項研究通過現(xiàn)場監(jiān)測與力學(xué)建模，首次量化了向下分層充填采礦法中底部鋼網(wǎng)及桁架加固對水泥尾砂充填頂板的強度貢獻。該成果由葉永靜（Yongjing Ye）和李克慶（Keqing Li）團隊在龍壽礦完成，為地下工程提供了經(jīng)現(xiàn)場校準的頂板穩(wěn)定性評估方法。

研究在龍壽礦開展，巷道斷面為六邊形，側(cè)墻寬6米、底板寬4米、高5米。上方3米厚充填層作為承載層。施工時先在底板鋪設(shè)三角形鋼桁架，其上連續(xù)搭接鋼網(wǎng)至兩側(cè)墻。鋼網(wǎng)縱筋間距300毫米，與桁架主筋共同構(gòu)成復(fù)合底板的受拉鋼筋。

團隊采用鋼筋混凝土理論中的換算截面法建立力學(xué)模型。因鋼材彈性模量約為固化尾砂的122倍，各鋼筋截面可換算為等效尾砂面積，從而計算中性軸位置、慣性矩及應(yīng)力分布。開裂前模型視尾砂為均勻線彈性材料；開裂后假設(shè)受拉區(qū)完全退出工作，僅由鋼材受力，該保守假設(shè)意味著實際開裂頂板承載力可能高于模型預(yù)測值。

頂板被理想化為承受均布上覆壓力的簡支梁。作者指出實際巷道端部受圍巖及相鄰充填體約束，簡支模型可能略微低估剛度并高估撓度。自重未計入承載力計算，因其對各加固方案相同，結(jié)果作為有效對比指標而非設(shè)計荷載。

團隊設(shè)計了專用固定裝置進行實地監(jiān)測，在距底板1、2、3米處安裝壓力盒，四標高布置混凝土應(yīng)變計，并將鋼筋應(yīng)力計直接焊接于鋼網(wǎng)和桁架上。監(jiān)測顯示頂板承載層上覆載荷穩(wěn)定在0.11至0.16兆帕，應(yīng)變呈頂部受壓、底部受拉的彎曲梁特征。

模型預(yù)測初始開裂承載力為0.30兆帕，高于實測的0.14兆帕，證實監(jiān)測期間頂板未開裂。0.5、1.0和1.5米標高的預(yù)測應(yīng)變與實測趨勢吻合，誤差分別為18、38和2微應(yīng)變。2.0米處實測壓應(yīng)變632微應(yīng)變遠超預(yù)測的58微應(yīng)變，作者歸因于局部應(yīng)力集中、壓力拱效應(yīng)、材料非均質(zhì)性及單點測針的局部響應(yīng)特性。鋼筋應(yīng)力理論值6.3和6.7千牛處于實測范圍內(nèi)但低于峰值10千牛，團隊據(jù)此引入1.7的彈性模量比校準系數(shù)以覆蓋不利應(yīng)力狀態(tài)的安全裕度。

校準后模型量化了加固效果。鋼網(wǎng)與桁架使中性軸下移，縮小受拉區(qū)并降低底部邊緣峰值拉應(yīng)力，使初始開裂承載力提升7.6%（從0.288兆帕增至0.310兆帕）。開裂瞬間鋼材僅承受約114兆帕拉應(yīng)力（抗拉強度375兆帕），儲備充足。模型預(yù)測開裂后頂板仍可承受0.102兆帕上覆載荷，約占開裂承載力的33%，Zui終破壞由鋼筋拉伸斷裂而非尾砂壓碎控制。

沉降計算表明，經(jīng)典彈性公式預(yù)測撓度僅0.28毫米，遠低于實測的16毫米。采用幾何替代法（將彎曲下邊界伸長近似為圓?。┑贸隼碚摮两?1.5毫米，經(jīng)0.49的現(xiàn)場校準系數(shù)修正后為15.4毫米，與觀測高度吻合。開裂前加固對沉降影響甚微，其核心價值在于開裂后繼續(xù)承擔拉力，將允許沉降量從23.05毫米延長至41.09毫米，增幅約78%，有效延緩裂縫擴展與失穩(wěn)?；谛拚Ｐ?，團隊在200至500毫米間距窗口內(nèi)優(yōu)化網(wǎng)格布局，優(yōu)選6毫米鋼筋間距200毫米、桁架間距1000毫米的方案。相比原設(shè)計，該方案理論開裂后承載力提升22.5%，材料成本降低3.1%，且無需改變現(xiàn)有加工工藝。

作者強調(diào)，兩項校準系數(shù)均基于龍壽礦監(jiān)測數(shù)據(jù)的經(jīng)驗值，在其他礦區(qū)需重新校準。吊桿等豎向構(gòu)件因傳力機制不同，暫未納入模型范圍。該研究填補了地下工程領(lǐng)域長期缺乏的快速、透明且經(jīng)現(xiàn)場驗證的鋼網(wǎng)布局與頂板穩(wěn)定性關(guān)聯(lián)公式的空白。