不同岩性围岩变形随巷道埋深变化分析

分析了不同岩性围岩表面位移、围岩松动圈及塑性圈半径随巷道埋置深度即原岩应力变化,结果表明:围岩表面位移随巷道埋深即原岩应力加速增加,围岩松动圈及塑性圈范围随巷道埋深近似线性增长。围岩岩性越差,围岩表面位移随原岩应力增长速度增加越快,而松动圈及塑性圈范围随巷道埋深即原岩应力增长有趋于稳定的趋势。     

不同原岩应力下厚度对急倾斜矿体开采岩移规律的影响

为研究不同原岩应力环境下厚度对急倾斜矿体开采岩体移动规律的影响,基于三维离散元软件3DEC,对比分析了自重应力和构造应力(σ_h/σ_ν=1.5)条件下,五种不同矿体厚度开采引起的地表与围岩移动变形规律.结果表明:在两种不同原岩应力环境下,围岩与地表移动量及采动影响范围均随矿体厚度的增大呈非线性增加,但是二者在地表沉陷盆地形态及变形速率、采空区围岩移动特征、变形影响范围等方面存在较大差异.原岩应力场中作为特征量的最大主压应力的方向对岩体移动行为的影响是引起这种差异的根本原因.     

深部巷道稳定的若干岩石力学问题

论述了深部岩石力学与工程问题研究的意义；评述了深部原岩应力分布对岩石性质与岩石工程的影响；指出了岩石强度失效与工程围岩破坏过程的实质；分析和评价了岩石破坏所形成的序列结构形式以及对其强度的影响．根据深部岩石工程施工以及变形破坏的特点，通过对工程开挖的卸压影响、岩石脆性与延性破坏的关系以及岩石变形、破坏的时间效应的分析，说明了深部岩石工程稳定有其不同的性质与特点．     

锚杆支护条件下围岩应力及变形特点分析

本文采用数值模拟方法比较分析了有无锚杆作用下深部开采圆形和矩形巷道围岩应力、应变及变形随距巷道表面距离变化的不同特点。结果表明:锚杆随距巷道表面一定范围围岩应力、应变及变形减小,围岩应力、应变及变形随距巷道表面距离增加而衰减速度变缓;距巷道表面较远处围岩应力反而增加。锚杆作用下围岩整体移动趋势增加并将近处围岩较大应力传递到远处。     

不同开采条件下巷道围岩支护反力理论分析

目前对深部巷道围岩表面变形理论计算公式仅限于截面为圆形的巷道,但在工程实例中多采用矩形巷道.就目前常见的深部开采条件,采用面积等效原理进行理论分析和数值模拟分析,即将矩形巷道采用等面积原理等效于相应的圆形巷道来计算围岩表面的变形.考虑不同截面尺寸,不同巷道埋深及不同岩性这3个因素,分别选取5个水平,进行正交试验设计出25组不同开采条件下巷道围岩表面变形.初步设计出各开采条件下的最佳支护方案,并在此基础上确定淮北袁店二矿101运输巷道控制围岩稳定的合理锚杆支护参数.     

用湿度应力场理论分析膨胀岩巷道围岩变形

本文在文献［１，２］提出的膨胀岩体中的湿度应力场理论的基础上，编制了非线性大变形有限元计算程序，并以软岩巷道围岩遇水作用问题为例，用湿度应力场理论分析计算了围岩大变形问题。计算表明，湿度应力场理论克服了以往各种岩石膨胀理论的缺陷，可以综合分析膨胀岩土工程中水、载荷（原岩应力、自重等）、支护等对围岩的共同作用问题。     

深埋隧硐含水围岩弹塑性稳定极限平衡分析

在岩体内开挖隧硐后,由于干扰了原岩应力分布和渗透水压力的作用,硐室含水围岩中呈现次生应力,这种新出现的不平衡应力是引起岩体产生变形、位移甚至破坏的主要根源.以圆形截面隧硐为例,在莫尔库仑理论的基础上,从围岩弹塑性变形的角度出发,分析和计算地下隧硐含水围岩极限平衡时的稳定性和临界支护抗力,为实际地下工程和支护打下理论基础.     

深井巷道围岩应力及变形规律的数值分析

采用非线性有限元法，对深井巷道围岩应力及变形状态进行了数值计算．分析了巷道埋深、围岩性质和断面形状对围岩变形的影响．结果表明：当巷道埋探小于某一临界深度时，巷道周边围岩移近量随巷道埋深增加呈线性增加；当超过临界深度时，巷道围岩移近量呈现指数规律增加趋势．围岩变形破坏的临界深度取决于围岩的力学性质及巷道断面形状等因素．     

围岩与隔热结构热学参数对巷道温度场影响的正交数值模拟

为研究高温巷道围岩 - 隔热支护体系热学参数对温度场的影响，建立 25 组数值试验模拟巷道温度场，选定衬砌热导率、衬砌厚度、原岩热导率、原岩温度为影响因素，以巷道壁面温度、调热圈半径、壁面与原岩温度差为目标因子，进行正交试验分析，得到各因素对壁面温度、调热圈半径影响顺序为原岩热导率＞原岩温度＞衬砌厚度＞衬砌热导率；对壁面与原岩温度差影响顺序为衬砌热导率＞原岩温度＞原岩热导率＞衬砌厚度。最后，拟合出壁面温度、调热圈半径的热学参数公式，拟合程度较高。结果表明：采用低热导率的隔热喷层能够延缓围岩散热和减少巷道风流对围岩温度场的扰动，但围岩自身热物理属性对巷道温度场起决定性作用。研究对主动隔热巷道温度场分布，合理安排隔热支护有一定积极意义。     

深井软岩巷道预留刚隙柔层厚度的确定及应用

针对深井软岩巷道围岩变形、破坏的特点,提出了预留刚隙柔层的厚度就是巷道围岩出现松动破坏前的塑性区径向位移．采用Bonaitin-Thomson模型对分区的巷道围岩进行了力学分析,推导出黏弹性区、稳定塑性区的径向位移计算式,并讨论了影响预留刚隙柔层厚度的主要因素．结果表明：巷道围岩位移与时间有关,且随时间的增长而增加,并最终趋于一稳定值．预留刚隙柔层厚度随巷道半径和原岩应力的增大而加大,随一次支护强度的增加而减小,但受一次支护强度的影响较小．曲江矿运输大巷预留刚隙柔层37cm,使巷道围岩充分释放变形能的同时又不损害围岩自身的支撑能力,二次支护后,巷道围岩变形量较小．     

Time-dependent safety of lining structures of circular tunnels in weak rock strata

Following tunnel excavation and lining completion, fractured surrounding rock deforms gradually over time; this results in a time-dependent evolution of the pressure applied to the lining structure by the surrounding rock. Thus, the safety of the tunnel lining in weak strata is strongly correlated with time. In this study, we developed an analytical method for determining the time-dependent pressure in the surrounding rock and lining structure of a circular tunnel under a hydrostatic stress field. Under the proposed method, the stress–strain relationship of the fractured surrounding rock is assumed to conform to that of the Burgers viscoelastic component, and the lining structure is assumed to be an elastomer. Based on these assumptions, the viscoelastic deformation of the surrounding rock, the elastic deformation of the lining structure, and the coordinated deformation between the surrounding rock and lining structure were derived. The proposed analytical method, which employs a time-dependent safety coefficient, was subsequently used to estimate the durability of the lining structure of the Foling Tunnel in China. The derived attenuation curve of the safety coefficient with respect to time can assist engineers in predicting the remaining viable life of the lining structure. Unlike existing analytical methods, the method derived in this study considers the time dependency of the interaction between the surrounding rock and tunnel lining; hence, it is more suitable for the evaluation of lining lifetime.     

隧道围岩构造软岩大变形发生机理及分级方法

系统分析了国内外隧道围岩大变形案例,发现应力场、地质构造、地层岩性等因素是驱动隧道围岩大变形孕育发生的根本条件,并严格受构造控制,进而提出了构造软岩大变形的基本概念;根据大变形的构造控制理念与发生机理,对隧道构造软岩大变形分类进行了重新界定(断层型、碎裂型和小夹角型)。以岩石强度应力比为基础,突出构造运动影响,量化考虑地层时代、优势结构面产状、岩石强度、岩层厚度、岩体完整性5个影响因素,提出了适用于不同地质勘察阶段隧道围岩大变形分级新方法。利用垭口隧道、盐边隧道、新林隧道等18个隧道大变形案例,对本文提出的构造软岩大变形新分级方法进行了系统验证,结果表明本文提出的分级方法具有较好适用性。研究成果对围岩大变形发生机理认识、大变形灾害判识与控制均具有重要指导意义。     

不同长度注浆锚杆支护效果及围岩变形曲线规律

为了探究注浆锚杆支护作用效果,以吉林甄峰岭隧道已出现大变形的软弱围岩区为例,分析了不同注浆范围条件下隧道循环进尺开挖后围岩变形规律.根据大变形区域实测位移进行反演分析,获取隧道围岩真实力学参数,分别对不同注浆锚杆施工支护方案进行循环进尺开挖计算,获得了各方案下隧道各位置位移变化曲线,并采用单元安全度方法对计算结果进行评价.结果表明,目标工程的注浆锚杆最佳应用长度为3 m,其作用效果主要体现在对急速变形阶段变形量的控制.     

不同大变形等级下层理角度对层状软岩隧道的影响

为探究不同大变形等级下层理角度对层状软岩隧道的影响，依托九绵高速全线软岩大变形隧道，通过岩石力学试验确定遍布节理模型参数，基于数值模拟，探究不同软岩大变形等级（轻微、中等、强烈）下层理角度对层状软岩大变形隧道围岩及支护体系受力变形的影响，并通过现场统计的层理角度与大变形情况对数值模拟结果进行验证。结果表明：1）层理小角度（0°、15°）与大角度（90°）围岩变形、支护结构受力变形较大，随着大变形等级的增大，层理角度引起的围岩支护变化效果越明显。2）随着层理角度的增大，围岩变形从拱底逐渐转移到右拱腰。围岩变形主要发生在隧道轮廓与层理面相切位置，其中拱底及左拱脚对层理角度变化较敏感。3）初支应力偏向及节理塑性区大致与层理弱面法向一致，随着层理角度的增大，节理的剪切塑性区由拱顶、拱底转移到左拱脚、右拱肩，最终偏移到左右拱腰上下位置；相比初支压应力，初支拉应力对层理角度更敏感，垂直节理增大了张拉剪切破坏塑性区贯通的风险，但剪切破坏塑性区半径反而有可能减小。4）现场的统计规律表现为小角度与大角度大变形等级较高，层理角度为60°以下时，岩层破坏发生在拱腰及拱肩处，随着层理角度的增大，有向拱肩发展的趋势，大角度层理时岩层破坏主要发生在拱腰处。     

增湿条件下膨胀土隧道围岩的稳定性

增湿条件下,膨胀土的强度会降低并产生膨胀力,在两者的共同作用下,膨胀土隧道围岩稳定性会严重降低,有必要研究增湿条件下膨胀土隧道围岩的变形和衬砌受力。采用室内试验和数值模拟的方法对膨胀土隧道围岩稳定性进行研究,对不同含水率的重塑膨胀土进行剪切试验,得出摩擦角、黏聚力与含水率的拟合关系式,运用ABAQUS有限元软件对膨胀土隧道开挖过程进行仿真分析,并利用温度场模块模拟隧道围岩增湿膨胀,得出隧道增湿前后应力与位移的变化规律,同时设计正交试验,分析各因素对膨胀土浅埋隧道稳定性的影响。结果表明：围岩增湿之后,围岩拱腰处的应力值增加明显,拱顶和拱底处应力值减小;衬砌的拱底处纵向位移值增加,拱顶处纵向位移值减小。通过设计正交试验,采用极差和方差分析得到对膨胀土浅埋隧道围岩稳定性影响最大的因素为增湿强度,其次为覆跨比、膨胀厚度和膨胀系数。     

Deformation characteristics of surrounding rock of broken and soft rock roadway

A similar material model and a numerical simulation were constructed and are described herein. The deformation and failure of surrounding rock of broken and soft roadway are studied by using these models. The deformation of the roof and floor, the relative deformation of the two sides and the deformation of the deep surrounding rock are predicted using the model. Measurements in a working mine are compared to the results of the models. The results show that the surrounding rock shows clear rheological features under high stress conditions. Deformation is unequally distributed across the whole section. The surrounding rock exhibited three deformation stages: displacement caused by stress concentration, rheological displacement after the digging effects had stabilized and displacement caused by supporting pressure of the roadway. Floor heave was serious, accounting for 65% of the total deformation of the roof and floor. Floor heave is the main reason for failure of the surrounding rock. The reasons for deformation of the surrounding rock are discussed based on the similar material and numerical simulations.     

超大断面隧道软弱围岩控制机制及应用

为明确超大断面隧道软弱围岩破坏及控制机制,系统开展交叉中隔墙(center cross diagram, CRD)法和双侧壁导洞开挖方法下超大断面隧道软弱围岩控制机制数值试验,对比分析不同强度等级围岩、不同开挖方法在无支护、锚杆支护、H型钢拱架支护和H型钢拱架+锚杆支护四种支护方式下隧道围岩变形、支护构件受力变化规律,并研究超大断面隧道软弱围岩控制机制。同时对H型钢+锚网喷联合支护方式在超大断面破碎围岩隧道进行了CRD和双侧壁导洞两种开挖方法下的现场试验,拱顶沉降分别稳定在27.2 mm和18.7 mm,很好地控制了围岩变形、保证了现场初期支护安全。     

煤矿巷道断面形状及锚杆支护围岩变形的数值分析

为了研究巷道不同断面形状和锚杆支护对巷道围岩稳定性的影响,采用ANSYS有限元计算方法进行数值模拟,通过对计算结果分析,得出半圆拱形巷道为最佳断面且煤矿巷道锚杆支护能够有效地控制围岩的变形;煤矿巷道锚杆支护对竖向位移的控制作用较大的区域集中在巷道围岩1.8 m范围以内及巷道的两个底角部;对于横向位移的控制作用较大的区域集中在巷道围岩顶板、两帮中部1.6 m范围以内及巷道的两个底角部.     

软岩浅埋连拱隧道施工围岩变形特征分析

为研究软弱破碎围岩浅埋连拱隧道施工过程中围岩变形特性,依托陕北某连拱隧道实际工程,通过现场布设监测仪器系统开展了拱顶沉降、围岩变形长期测试,获得了随施工过程拱顶沉降及围岩径向变形规律。结果表明:地表沉降近似于Peck沉降曲线,越靠近隧道中心地表沉降越大,最大沉降值产生于左线隧道开挖落底后,约为12.1 mm;拱顶沉降沿隧道纵向变化规律为:中导洞＞正洞＞左右侧导洞,中导洞表现为拱顶下沉,侧导洞则是水平收敛,上台阶施工因未临时仰拱封底而其收敛变形显著大于下台阶施工;随距隧道壁面距离增加,测点累计变形量逐渐减小,K21＋970测试断面围岩松动区约2 m,因测线布置限制,K21＋970测试断面松动区超过4 m。     

锁脚锚杆和系统锚杆对软弱围岩隧道安全性影响研究

针对软弱围岩隧道开挖过程中,出现变形过大的问题,施工现场往往采用锁脚锚杆和系统锚杆的支护措施.通过数值模拟的方法,对比分析锁脚锚杆和系统锚杆对支护结构的变形和内力的影响,得到如下结论：锁脚锚杆在隧道整体下沉方面,作用更为明显;系统锚杆对隧道的水平收敛效果更好;添加系统锚杆相对于锁脚锚杆对隧道整体的安全性提高更大.综合考虑软弱围岩拱顶沉降大和水平收敛大的现状,施工过程中,应该综合使用系统锚杆和锁脚锚杆,以保证隧道的安全施工.