弹塑性条件下围岩-支护相互作用变形分析

为了充分了解巷道围岩与支护结构之间的相互作用关系,在基于弹塑性分析的前提下,将收敛-约束法应用于巷道围岩-支护相互作用分析中,并结合FLAC3D数值模拟软件,分别分析不同巷道支护前位移和不同支护结构刚度对巷道变形的影响。     

王庄煤矿1304工作面顺槽锚杆支护稳定性分析

在现场实测围岩位移与收敛的基础上,采用相似模拟试验与边界单元数值计算方法,分析了顺槽全锚支护的稳定性问题。首先现场实测巷道开挖后围岩的位移与收敛值;然后利用位移反分析原理确定初始应力与围岩变形模量等参数,根据边界单元法数值分析结果确定围岩松动圈范围,利用全长锚固原理设计锚杆参数;再通过相似模拟试验模拟巷道支护后围岩变形情况,对锚杆支护顺槽围岩稳定性进行分析。     

基于约束收敛法的Hoek-Brown岩体巷道大变形分析

轴对称圆形巷道的弹塑性理论分析是深部软岩巷道施工过程的基础问题和重要问题。基于约束收敛法、有限变形次弹塑性理论、Hoek-Brown破坏准则、应变软化本构模型等基本理论,开展了深埋软弱围岩圆形巷道开挖诱致挤压大变形现象的基础研究。在相关大变形研究的基础上,以巷道开挖后围岩脆塑性解析解来表征岩体应变软化区划分圆环岩体响应解析解的方法,简述Hoek-Brown岩体深埋软岩巷道围岩各分区应力与变形解析解求解思路。通过现场监测数据和不同力学模型的计算结果分别进行模型有效性对比验证,并对m、s、a等岩体强度相关参数进行了影响分析。基于大变形和小变形理论下围岩特征曲线差别,提出软弱破碎岩体的支护建议,为深部不利赋存条件下软弱围岩支护工程设计提供理论分析手段和指导。     

淮南深部巷道挤压变形及其控制对策

为了研究高地应力软岩巷道挤压变形及其控制对策,根据实测地应力值和围岩力学参数,分别从基于Hoek-Brown准则的解析计算和有限元数值计算进行了围岩稳定性分析,计算结果显示巷道变形失稳严重,拱顶位移和底臌量大,与现场情况吻合;此外,根据Hoek挤压变形等级曲线判定该巷道围岩变形为非常严重的挤压变形。基于深部巷道围岩稳定性控制理论和"分步联合支护"理论制定了控制围岩挤压变形的支护方案,通过有限元数值软件计算和现场监测验证了该支护方案的效果,结果表明所提出的支护方案能够有效的控制围岩挤压变形。     

岩石与支护相互作用原理在竖井稳定性分析中的应用

本文根据岩石支护相互作用原理，分析了竖井稳定性，推导出竖井围岩与支护的应力、位移计算式，并可根据围岩泊松比值大小，判断围岩周边最大主应力方向。文中的分析方法已被编制成程序，并用于凡口铅锌矿新副井稳定性的分析。     

竖井围岩-支护系统稳定性分析的最小安全系数法

根据弹塑性力学及围岩-支护相互作用原理,分析了竖井稳定性,推导了竖井围岩与支护的应力、位移以及支护厚度的计算公式.根据泊松比的大小,判断围岩周边最大主应力的方向.结合Drucker-Prager强度准则和安全系数,建立了安全系数评价法,通过FISH语言实现了求解,为围岩稳定安全范围、支护方位以及支护厚度提供了合理的参数.     

金川二矿区1#矿体上盘贫矿开采对14行回风井的稳定性影响研究

为探究矿体开采过程对竖井井筒稳定性的影响,选取金川二矿区1#矿体上盘贫矿为研究对象,在分析影响井筒围岩稳定性的主要影响因素和变形破坏机理的基础上,建立金川二矿区1#矿体有限元数值模型,采用数值模拟方法对1#矿体上盘贫矿的实际采充过程进行计算,得到了上盘贫矿开采过程中14行回风井井筒在水平、竖直方向位移和应力分布的情况,根据数值模拟结果推测出井筒最容易发生变形破坏的关键位置,并通过与现场地表监测数据对比分析,验证了数值模拟计算结果的可靠性。此研究可为地下矿山在开采扰动范围内竖井井筒稳定性的判定及返修支护提供有益探索。     

大采高小煤柱回采巷道围岩控制技术研究

本文选取大采高小煤柱回采巷道围岩的稳定性与控制技术为研究对象,通过运用理论分析与数值模拟相结合的研究方法,对巷道上覆岩层的结构及其围岩的稳定性进行综合分析,研究得出锚杆支护与巷道围岩稳定之间的相互作用关系,并在此基础上总结出小煤柱巷道支护关键技术。     

6m大采高综采面支架合理支护强度确定

为了确定玉溪矿6m大采高工作面支架的合理支护强度,基于矿井实际地质条件,通过采用经验估算法、基于顶板分类的支护强度计算方法及建立在"支架-围岩"相互作用关系之上的数值模拟分析方法,对工作面支架合理支护强度进行计算,最终确定支架支护强度为1.17MPa,能够完全满足现场需要。研究结果对于大采高支架合理工作阻力的确定具有重要的参考价值。     

深立井连接硐室群围岩稳定性分析及支护对策

针对深立井连接硐室群围岩稳定性控制和支护技术难题,在工程地质调查的基础上,结合室内岩石力学试验,基于广义的Hoek-Brown强度准则取得了岩体力学参数,进而采用数值模拟方法对硐室群在开挖过程中的围岩位移规律和塑性区范围进行了分析。根据数值模拟结果优化了硐室群的支护结构设计方案,并通过深浅孔方式的滞后注浆技术对围岩做进一步加固,围岩变形规律和支护结构受力的现场实测结果验证了优化支护结构的合理性,形成了深立井连接硐室群围岩失稳的控制对策。     

大断面软岩斜井高强度钢管混凝土支架支护技术

查干淖尔矿主斜井泥岩段围岩变形量大,速度快,巷道支护困难,结合主斜井泥岩段膨胀性软岩的工程地质条件和围岩变形特征,并结合主斜井泥岩段的巷道围岩变形特点,设计了高强度钢管混凝土支架支护方案,其中,巷道断面采用马蹄形,钢管混凝土支架主体钢管选用194 mm×10 mm无缝钢管,充填C40钢纤维混凝土,辅助金属网支护和混凝土喷层支护。通过数值分析可知,主斜井泥岩段开挖后及时施加钢管混凝土支架支护方案,钢管混凝土支架承载能力大,能够提供强大的支护反力,限制巷道围岩向巷道空间的移动,保证巷道围岩稳定和支护结构可靠。通过巷道施工和现场监测分析可知,大断面软岩巷道高强度快速支护方案易于施工,能够维持主斜井泥岩段软岩巷道围岩的稳定。     

基于Hoek-Brown参数确定方法的多煤层开采工作面 矿压显现规律模拟研究

结合宁东矿区任家庄矿的生产实例,利用基于Hoek-Brown强度准则确定煤、岩体力学参数的方法,运用FLAC 3D软件模拟分析了任家庄矿3号和5号煤层开采中的矿压显现规律,并根据现场工作面巷道围岩应力和表面收敛监测结果,对比分析了数值模拟结果的准确性。研究发现：基于Hoek-Brown经验强度准则所确定的煤、岩体力学参数与标准煤岩样的实验室测定值有明显差异,两者间并非简单折减关系,而与岩体结构特点、完整岩石强度和开挖影响等因素有关。现场多煤层开采中矿压显现规律的实测与数值模拟结果的比对,进一步验证了基于Hoek-Brown准则确定煤、岩体力学参数的有效性和合理性。     

千米深井软岩巷道挤压变形力学特性及控制研究

 为了研究千米深井软岩巷道挤压变形力学特性及控制对策,以淮南朱集煤矿-906m东翼轨道大巷为依托工程开展研究,该巷道为典型的千米深部高地应力软岩巷道,开挖后围岩产生强烈的挤压变形。通过现场地应力测试获取地应力值和室内岩石力学试验获取围岩力学参数,根据Hoek挤压变形等级曲线判断出该巷道变形为非常严重的挤压变形;通过Phase2有限元数值仿真软件分析了该巷道的围岩稳定性,计算结果表明巷道开挖后围岩变形破坏严重,拱顶位移和底臌量大,与现场情况吻合。基于深部岩石巷道围岩稳定性控制理论和“分步联合支护”理念,针对该巷道的挤压变形特点制定了相应的支护方案,其主导思想是增强围岩自身强度和支护结构的抗变形能力,尤其重视底板支护。通过有限元数值软件计算分析和现场监测验证、评价了该支护体系的强度,结果表明所提出的支护方案取得了良好的效果,能够有效的控制围岩挤压变形。     

基于修正Hoek-Brown准则的巷道围岩弹塑性解分析

利用考虑中间主应力的Hoek-Brown强度准则,结合巷道围岩塑性解的推导方法,进而获得较为准确的巷道围岩塑性区的范围以及支护变形量。通过理论推导了巷道围岩塑性区的半径和位移的表达式,得出塑性解与围岩初始二向等压应力、岩体质量、地质工程参数以及支护反力有关。结论为考虑中间主应力的Hoek-Brown强度准则更加适应巷道围岩塑性区分析过程,获得的结果更加准确,对工程实践有一定的理论指导意义。     

动力失稳下煤矿巷道围岩松动变形特征与支护参数研究

为了提升煤矿巷道围岩的稳定性,解决现有支护方式支护效果差的问题,分析煤矿巷道在动力失稳状态下的围岩松动变形特征,实现支护参数的优化计算。探测煤矿巷道围岩内部结构,根据动压巷道围岩变形的影响因素及其作用方式,建立煤矿巷道围岩动力失稳模型。在该模型下,通过确定应力变化规律和应力—应变关系,得出围岩松动变形的特征分析结果。参考围岩松动变形特征,确定合理的支护方式,得出锚杆长度、锚间排距、组合拱厚度等支护参数的计算结果。根据变形特征与支护参数结果,进行数值模拟分析,完成围岩松动变形支护。将模拟结果应用到实际的松动变形修复工作中,能够控制围岩松动变形量控制在要求范围内,降低裂缝破坏程度。     

深竖井围岩变形破坏规律及控制技术

随着浅部资源消耗殆尽，越来越多的矿山逐渐步入深采阶段，同时，深部围岩控制问题逐渐突显，亟需开展深井围岩控制技术研究，为深井开采地压控制提供理论和技术支撑。以某深竖井工程实际情况为 工程背景，运用FLAC3D数值分析软件，开展了不同地应力条件下竖井围岩变形破坏数值分析研究。在此基础上，通过高应力竖井围岩控制技术优选，开展了不同卸压孔布置条件下高应力围岩钻孔卸压技术研究，并进 行了现场试验。结果表明：随着原岩水平主应力差的增加，竖井围岩中塑性区范围逐渐扩大，首先向最小主应力方向发展，逐渐呈现为“X”形塑性区；在剪切塑性区范围外的最大水平主应力方向施工卸压钻孔，能将 围岩应力峰值向深部转移，降低井壁及围岩的收敛位移。通过工程应用，井壁位移总量小于2 mm，位移速率远小于预警阈值，井壁处于健康状态，并存有一定的安全余量。研究反映出，所采用的柔性初支+现浇混凝土 井壁支护配合钻孔卸压技术能有效保障高应力条件下井壁的安全性和稳定性，应用效果较好。     

联合广义Hoek-Brown屈服准则的盐岩黏弹塑性损伤模型及工程应用

通过4种屈服准则对盐岩适用性的对比分析,表明广义Hoek-Brown准则能够准确预测盐岩从拉伸到压缩应力区的强度值,结合不同应力状态下的塑性流动法则建立完整的盐岩弹塑性模型。进一步考虑盐岩的黏性损伤,基于Lemaitre等效应变原理,引入损伤蠕变分量建立了一种能够反映盐岩初始蠕变、稳态蠕变和加速蠕变全过程的黏弹塑性损伤模型,并进行试验验证。利用FLAC 3D 的二次开发接口,实现了新模型的软件嵌入。对金坛盐岩储气库工程进行卸压模拟,分析储库围岩损伤和破坏演化规律,得到了储库初步最小运营内压为7 MPa。研究表明,新模型能够较好地匹配盐岩试验数据,描述盐岩黏弹塑性损伤行为,且数值稳定性良好。     

Analysis of nonlinear dynamic character in the surrounding rock system for deep buried underground engineering

Combining the field monitoring results of a deep-buried tunnel in Chongqing, the dynamic characteristics of the surrounding rock system under high in situ stress was analyzed by phase space reconstruction, calculating correlation dimension, Kolmogorov entropy and largest Lyapunov exponents. Both the Kolmogorov entropy and largest Lyapunov exponents show that the surrounding rock system is a chaotic one. Based on this, a local model was applied to predict surrounding rock displacement, and a nonlinear dynamic model was derived to forecast the interaction of the surrounding rock and support structure. The local method was found to have an extremely small total error. Also, the nonlinear dynamic model forecasting curves agree with the monitoring ones very well. It is proved that the nonlinear dynamic characteristic study is very important in analyzing rock stability and predicting the evolution of rock systems.