基于复变函数法的矩形巷道应力集中系数黏弹性分析

煤矿深部开采中矩形巷道变形严重,但是现有弹塑性理论都是对圆形或椭圆形巷道进行的理论应力分析。复变函数方法能处理复杂形状边界的力学问题,为了解决矩形巷道的围岩稳定问题,利用复变函数理论对矩形巷道进行应力分析。通过复变函数和黏弹性理论推导出矩形巷道的周边应力集中系数,并分析了应力集中系数和时间、不同θ值的关系,研究结果表明:应力集中系数随时间而降低,两帮的应力集中系数要大于顶底板。     

侧压力对巷道塑性区分布规律影响的研究

为了研究不同侧压力对巷道围岩塑性区分布规律的影响,首先基于巷道围岩的应力分布特征计算出围岩应力,然后以摩尔-库仑强度准则推导出巷道塑性区的边界方程。通过理论计算出了不同侧压力下巷道围岩塑性区的变化规律,并以数值模拟进行了验证,得出了不同侧压力系数下圆形巷道塑性区的分布规律,此分布规律与现场实测一致。     

基于复变函数法的深部矩形巷道围岩的黏弹性研究

为了研究深部矩形巷道的围岩稳定性,采用复变函数的保角映射函数,将ξ平面上的矩形小孔,映射为z平面上的单位圆。通过弹性力学的方法,将矩形单孔问题简化为在无限域内孔周边的应力问题,并结合鲍尔丁-汤姆逊黏弹性模型,得出深部矩形巷道围岩的应力分布。研究表明:矩形巷道的围岩应力状态变化与矩形的宽高比和测压系数有直接的关系;并运用数学软件mathmatic,将表达式图形化,直观的看出工作面周边应力分布情况。     

基于复变函数不同形状的巷道围岩应力分析

深埋巷道开挖后围岩应力重新分布,影响巷道稳定。因此分析巷道围岩二次应力分布状态对于评估围岩稳定性或设计支护参数具有重要意义。目前岩石力学相关理论中讨论了圆形巷道、椭圆形巷道和矩形巷道二次应力弹性分布特征,缺乏对六边形巷道的分析。本文从弹性力学的孔口问题为切入点,基于复变函数理论,通过保角变换将矩形、六边形巷道转化为单位圆,结合弹性力学理论建立了矩形、六边形巷道围岩分析的力学模型,并分析得到巷道围岩应力分布的解析解。将解析结果与数模拟分析结果对比可知,相同结构巷道围岩二次应力分布一致且大小基本相同,就应力集中情况而言,六边形巷道优于矩形巷道。     

含弱层巷道围岩滑移破坏规律的模拟研究

为研究弱层对煤矿巷道围岩滑移破坏的影响,基于UDEC岩土模拟软件,建立了含弱层煤矿巷道数值计算模型,对弱层与侧压力系数共同作用下巷道围岩滑移破坏规律展开研究。结果表明:弱层的存在改变了围岩中应力传递路径,减弱了围岩深部向煤帮的应力传递,促进了顶板向煤帮的应力传递,进而加剧围岩的剪切破坏与水平滑移;随弱层厚度增长,围岩临界破坏深度随之增大,煤体的剪切破坏也愈明显,围岩塑性区深度与水平滑移值也会进一步扩大;侧压力系数对含弱层巷道围岩的稳定性也具有重要影响,当侧压力系数为1.0时,煤帮围岩最为稳定,当侧压力系数介于1.0～2.0时,随侧压力系数的增大,围岩塑性区深度也会进一步增长,围岩滑移值呈非线性增长。     

深部高应力软岩巷道断面形状优化设计数值模拟研究

选取矩形、梯形、直墙拱形、马蹄形、椭圆形和圆形等共6种不同断面形状的巷道进行优化研究,基于FLAC3D模拟研究了这6种典型巷道开挖后的巷道围岩变形特征及围岩塑性区分布规律,分析了不同侧压力系数对它们的影响。数值模拟结果表明,巷道断面形状对高应力巷道围岩变形特征及围岩塑性区分布影响较大;根据侧压力系数的大小及主应力方向,圆形、椭圆形为深部高应力巷道最优断面形状,选择圆形、椭圆形巷道可改善巷道围岩应力状态,降低围岩变形量,减少围岩塑性区损伤破坏范围,有利于深部高应力软岩巷道的长期稳定。     

厚煤层矩形巷道应力分布及支护对策研究

随着煤炭开采向深部发展,围岩地应力也越来越大,巷道断面积、形状的选择对于降低围岩集中应力和巷道变形尤其重要.首先采用复变函数方法构建矩形巷道的复应力函数,得出矩形巷道的围岩应力计算公式,从理论上分析了矩形巷道围岩应力的主要影响因素;然后以某一具体矿井的生产地质条件为背景,应用FLAC5.0数值模拟软件模拟分析不同巷道尺寸时的围岩应力分布情况,提出了巷道开挖后的支护对策.     

露天矿掩埋巷道稳定性研究

本文推导了不同掩埋深度的掩埋巷道顶板压力计算公式。相似材料试验表明，加固巷道围岩并使用可缩性支架可较好地维护深埋巷道的稳定性。理论计算还指出，当埋深大于１０ｍ时，重载自卸卡车在掩埋巷道顶板引起的应力已经很小，从上方通过时不会影响其稳定性。     

基于ABAQUS数值模拟的采区巷道断面形状优化研究

 选取矩形、梯形、直墙半圆拱形、圆弧拱形、三心拱形、直墙半圆加反拱形6种常用采区巷道断面形状进行数值模拟分析,研究不同巷道断面形状开挖后位移分布,分析表明直墙半圆拱形巷道变形量最小,且加设反拱后对于减少底臌量效果明显。选取矩形和直墙半圆拱形断面作为代表断面,分析不同埋深H及侧压力系数λ对采区巷道变形特征、围岩应力影响。在此类围岩条件下,当采区巷道埋深小于400 m、侧压力系数小于1.6时,矩形巷道和直墙半圆拱形巷道围岩变形量差距较小,此时可以选择矩形巷道断面以满足经济性要求。     

基于复变函数理论的巷道围岩稳定性分析

针对双向不等压直墙半圆拱形巷道围岩塑性区的解析问题,基于Mohr-Coulomb强度准则,通过复变函数中的保角变换的方法将物理平面非圆形弹性区域映射到像平面的单位圆外域进行求解,将确定弹塑性区的交界问题转化为映射函数系数的求解问题。得到巷道围岩应力复变函数解以及巷道围岩塑性区的范围,并通过FLAC^3D数值模拟的手段对理论计算的准确性进行验证分析。研究结果表明：通过复变函数理论能够较为准确地得到直墙半圆拱形巷道塑性区范围的理论计算公式,结合公式可以发现影响直墙半圆拱形巷道围岩塑性区发育的影响因素为巷道断面尺寸（包括巷道宽度,直墙高度以及拱高）、垂直应力、侧压系数、黏聚力以及内摩擦角的大小,将理论应用于工程实例计算分析,采用单因素分析的方法对黏聚力和内摩擦角进行数值模拟分析,提取数值模拟试验的数据,对理论计算和数值模拟水平方向塑性区受黏聚力和内摩擦角影响的范围进行对比和分析。可以得出虽然理论计算与数值模拟的结果存在误差,但已能反映直墙半圆拱形巷道围岩塑性区分布情况,通过研究还发现,当黏聚力和内摩擦角比较小时,巷道呈现“X”形破坏,当黏聚力和内摩擦角增大时,巷道呈现类似...     

动力扰动下巷道围岩变形影响因素敏感性分析

基于高地应力状态下煤矿井下巷道在开采工程中由于覆岩层断裂、岩巷爆破掘进等动力扰动导致围岩更容易变形甚至失稳的情况,根据弹性理论和应力波理论,分析了扰动状态下巷道围岩失稳机理,采用FLAC3D软件建立了巷道围岩的理想弹塑性模型,在正交优化组合的基础上对动力扰动下影响巷道围岩变形的因素(应力峰值、频率、侧压力系数和扰动时间)进行敏感性分析。结果表明:不同影响因素对巷道顶板和帮部最大位移的敏感性有较大的差异性;分析16种参数值不同组合条件下的变形量,得出应力峰值20 MPa,频率1 Hz,侧压力系数1.4,扰动时间0.8 s时,顶板及两帮变形程度最大;应力峰值5 MPa,频率15 Hz,侧压力系数0.8,扰动时间0.2 s时,顶板及两帮变形程度最小;顶板和帮部位移影响因素的敏感性由大到小依次为:侧压力系数、扰动时间、应力峰值和频率。最后,利用多元线性回归分析法建立了多因素作用下顶板和帮部变形的数学公式,回归效果显著,为巷道的有效支护提供了工程参考。     

矩形巷道围岩应力分布规律模拟试验研究

矩形巷道围岩应力分布规律较为复杂,且与地应力、地质构造、围岩岩性等因素有关。在理论分析的基础上,采用相似模拟试验的研究方法,通过对不同围岩强度等级的矩形巷道围岩应力分布规律开展研究,进一步揭示矩形巷道开挖后围岩的次生应力场分布规律。研究结果表明:矩形巷道开挖后帮部重分布的次生应力场会形成较高的集中应力,应力集中系数平均达到3.0;矩形巷道围岩的应力转移及分布是一个复杂的动态变化过程,其变化与围岩的强度有很大关系。     

断面形状对巷道围岩稳定性影响的数值分析

利用数值计算方法,研究了断面形状对巷道围岩的稳定性影响。结果表明:断面形状对巷道围岩的稳定性有较大影响。圆弧拱巷道围岩稳定性要远大于矩形巷道。采用失跨比为0.2的圆弧拱巷道代替矩形巷道,可显著改善巷道围岩应力状况,减小巷道围岩变形量,减少围岩塑性屈服区域,大大加强巷道围岩的稳定性。     

用弹性力学的复变函数法求解矩形硐室周边应力

针对目前地下硐室围岩应力分布的解析解仅仅限于圆形和椭圆形等简单形状的情况，本文采用复变函数法计算矩形硐室的周边应力．采用保角变换法将Z平面上的硐室几何边界映射到善平面上的单位中心圆上，用多角形法求解矩形硐室的映射函数，定义了一个仅仅和硐室高宽比有关的系数，通过对硐室高宽比和这个系数的试算，可以得到映射函数的逼近解，得到了复变理论求解矩形硐室周边应力的基本公式．在给定硐室的高度和宽度的情况下，可获得硐室周边应力分布。通过算例表明，此法求解矩形、方形硐室周边应力是可行的，实用性强．     

矩形与圆形巷道塑性区相关性分析——侧压系数不大于1

基于弹塑性理论对不同侧压系数下圆形巷道围岩塑性区进行了理论分析,给出了不同侧压系数下圆形巷道塑性区范围的计算公式及轮廓图像.本文将矩形巷道对围岩的影响等价于其外接圆圆形巷道对围岩的影响,并利用FLAC3D数值模拟进一步验证了圆形巷道塑性区范围计算公式及矩形与圆形巷道塑性区的相关性,得到:(1)当侧压系数不大于1时,随着侧压系数的减小,矩形、圆形巷道塑性区均呈现圆形-椭圆形-蝶形的形态变化;(2)在相同的侧压系数下,将矩形巷道对围岩的影响等价于其外接圆圆形巷道对围岩的影响时,矩形巷道塑性区范围与圆形巷道塑性区范围存在一定关系.研究成果可作为矩形、圆形巷道支护设计及稳定性分析的理论基础.     

用弹性力学的复变函数法求解矩形硐室周边应力

针对目前地下硐室围岩应力分布的解析解仅仅限于圆形和椭圆形等简单形状的情况，本文采用复变函数法计算矩形硐室的周边应力．采用保角变换法将Z平面上的硐室几何边界映射到ξ平面上的单位中心圆上，用多角形法求解矩形硐室的映射函数，定义了一个仅仅和硐室高宽比有关的系数，通过对硐室高宽比和这个系数的试算，可以得到映射函数的逼近解，得到了复变理论求解矩形硐室周边应力的基本公式．在给定硐室的高度和宽度的情况下，可获得硐室周边应力分布。通过算例表明，此法求解矩形、方形硐室周边应力是可行的，实用性强．     

非均匀应力场圆形巷道塑性区研究

为了研究巷道开挖后巷道围岩的塑性区分布规律,首先分析巷道围岩的应力分布特征,在计算出围岩应力分布规律基础上,依据摩尔库伦强度准则推导出圆形巷道围岩的弹塑性区。通过理论计算得出侧向应力、地应力、黏聚力、内摩擦角参数变化时巷道围岩的塑性区范围,从而总结出巷道围岩塑性区的演化规律,结果表明,侧压力系数λ对圆形巷道围岩的塑性区有很大影响,当λ=1时,巷道围岩塑性区为圆形;当λ<1时,塑性区在两帮较大,顶部小;当λ>1时,塑性区在两帮较小,顶部大,且角部塑性区发展迅速;随着地应力的增加,塑性区的范围也随之增大;随黏聚力增大塑性区范围减小;随着内摩擦角φ的增大塑性区范围随之减小,但影响较小。     

非均匀应力场圆形巷道塑性区研究

为了研究巷道开挖后巷道围岩的塑性区分布规律,首先分析巷道围岩的应力分布特征,在计算出围岩应力分布规律基础上,依据摩尔库伦强度准则推导出圆形巷道围岩的弹塑性区。通过理论计算得出侧向应力、地应力、黏聚力、内摩擦角参数变化时巷道围岩的塑性区范围,从而总结出巷道围岩塑性区的演化规律,结果表明,侧压力系数λ对圆形巷道围岩的塑性区有很大影响,当λ=1时,巷道围岩塑性区为圆形;当λ1时,塑性区在两帮较大,顶部小;当λ1时,塑性区在两帮较小,顶部大,且角部塑性区发展迅速;随着地应力的增加,塑性区的范围也随之增大;随黏聚力增大塑性区范围减小;随着内摩擦角φ的增大塑性区范围随之减小,但影响较小。     

矩形巷道围岩应力分布的复变函数解

为确保煤矿深部开采中矩形巷道的安全,需了解巷道附近围岩的应力分布及其影响因素。采用复变函数的方法,研究双向压力作用下的矩形巷道,得到了围岩中应力的解析解。给出了沿巷道边和水平轴的应力分布,并讨论了矩形巷道的长宽比和面积对应力的影响。结果表明:在矩形巷道的角点处,有应力集中的现象,应力分量都达到了最大值;随矩形巷道长宽比增加,应力最大值增加;长宽比相同时,改变矩形巷道孔口的面积,应力分布不会改变。     

深埋巷道围岩塑性圈理论分析与研究

巷道开挖后,破坏了原有的力学平衡,应力重新分布。当应力超过围岩的承载能力时,必然会引起围岩破坏甚至岩体的整体失稳。因此,有必要对巷道围岩塑性圈理论展开研究。基于Kastner公式及拉密公式,提出了改进的Kastner公式,通过等代圆思想推广到一般深埋巷道,并进行实例验算。经验证,其结果与实际值接近,可给岩体开挖、支护设计和施工提供理论依据。但是对于一些复杂环境和特殊地质情况,关于ξ及ζ参数的选取,还有待进一步研究。