巷道围岩应力空间分布仿真分析

为得出巷道围岩应力空间分布特征,以圆形断面巷道为例,采用复变函数方法得出其应力解,并把映射空间解转化为巷道所在空间解后对巷道周围岩体应力场进行仿真分析,得出了巷道周围岩体应力场分布直观图,可方便直观的了解巷道围岩任意位置应力分布情况。并考虑不同半径、不同侧压系数对围岩应力场的影响,得出了:圆形巷道围岩应力峰值及其出现方向与半径无关;侧压系数小于1/3时,顶底板开始产生拉应力,大于3时两帮围岩开始产生拉应力;以及环向、径向、剪切应力及最大、最小应力的变化规律。     

矩形断面巷道冲击地压机理研究

基于顶板剪切梁模型研究矩形巷道冲击地压发生问题,得到矩形断面巷道发生冲击地压的临界塑性软化区深度和临界载荷,分析巷道宽度、巷道高度或煤层厚度、顶板厚度等几何因素,以及煤层与顶板刚度比、煤的模量比、煤的强度参数、侧压力系数和水平应力分布指数等煤岩力学性质因素对临界条件的影响规律。结果表明:巷道顶板岩层以剪切变形破坏为主,当临界塑性区深度与临界载荷较小时,易于发生冲击地压,其发生频度较高,强度较小,破坏性较小;反之,冲击地压不易发生,其发生频度较低,一旦发生其强度会较大,破坏性较大。临界塑性区深度与巷道宽高比、初始黏聚力的大小无关,随顶板厚度、刚度比、模量比、水平应力分布指数的增加而增大,随煤层塑性软化刚度、内摩擦角、侧压力系数的增加而减小。临界载荷随巷道宽高比、煤层塑性软化刚度、水平应力分布指数的增加而降低,随顶板厚度、刚度比、模量比、初始黏聚力、内摩擦角、侧压力系数的增加而增大。     

围压对巷道围岩应力分布及松动圈的影响

使用FLAC模拟了巷道底板下方的一列单元（36个）不同围压时水平应力（与圆巷环向应力类似）及垂直应力（与径向应力类似）的分布规律。在峰值强度之前及之后,岩石的本构模型分别取为线弹性及莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型。水平应力是连续的,其峰值位于弹性区,这是由于单元在屈服之后,在叠代（为了达到平衡状态）过程中发生了应变软化。在塑性区,水平及垂直应力均是上凹的。当水平应力达到峰值之后,水平应力是上凹的,垂直应力是上凸的。距离巷道底板的距离越远,垂直应力越大。随着围压的增加,水平应力的峰值近似线性增加;垂直应力的峰值与围压的偏差增加,这意味着剪切应力也增加。当围压较低时。松动圈的外边界近似为圆形,应变软化区类似圆环。当围压较高时,松动圈的外边界为矩形,应变软化区为薄壁矩形。随着围压的增加,松动圈的厚度增大,而应变软化区的尺寸不改变。     

椭圆形断面巷道围岩弹性应力场复变函数解析

为研究椭圆形断面巷道围岩弹性应力分布特征,采用复变函数解法对椭圆巷道围岩弹性应力进行了解析,得出了应力分量的曲线坐标表达式,并对不同铅垂轴长与水平轴长比在不同测压系数下围岩应力分布规律进行了分析,以期为实际工程应用提供依据。     

直墙拱形巷道围岩应力场分析

为得出直墙拱形巷道围岩应力分布规律,应用复变函数弹性理论推导了直墙拱形巷道围岩应力分布的解析表达式。对直墙拱形巷道边界的围岩应力和巷道水平线方向的围岩应力分布规律进行分析,并考虑直墙拱形巷道断面高宽比和侧压系数对其影响规律。研究表明：在不同巷道断面高宽比、侧压系数下,直墙拱形巷道围岩应力集中区域主要集中在直墙底部底角处、拱形顶板中点附近和底板中部3个位置。不同巷道断面高宽比下,直墙拱形巷道沿水平线的应力分布规律基本相同。侧压系数大于1时,采用巷道断面高宽比小于1较有利于巷道稳定;侧压系数小于等于1时,采用巷道断面高宽比大于1较有利于巷道稳定。     

高应力软岩巷道破坏机理及其支护理论研究

阐述了高应力软岩巷道的破坏机理,论述了其支护理论研究的现状,并对今后深部软岩巷道支护的发展方向进行了展望,给巷道支护的理论研究发展和工程实践提供了一定的指导。     

含裂隙水围岩巷道变形破坏数值模拟

巷道围岩在地下水渗透作用下慢慢软化,使得围岩内部的裂隙不断发生扩展,在这些裂隙达到贯通或者通过损伤演化扩展形成新的裂隙后,就成为了宏观状态下的裂缝,当这些裂缝不断的发生积累演化,最后导致岩体失稳破坏。这种失稳破坏改变了围岩应力分布状态,影响到围岩位移场分布及破坏范围,从而大大降低了围岩的稳定性,给煤矿的安全生产带来了隐患。结合断裂力学和损伤力学的相关理论,笔者建立了FLAC3D二次开发模型并进行了验证,将此模型应用于工程实践的稳定性分析。     

高应力软岩巷道围岩变形破坏研究

 以某有色金属矿山巷道为例, 给出了高应力软岩的定义, 论述了高应力软岩的特征、形成条件以及高应力软岩巷道围岩的变形破坏特征和类型, 分析了巷道开挖前后地应力状态的变化及其对围岩变形破坏的影响, 并从岩体和工程岩体围压状态变化和强度变化角度探讨高应力软岩围岩的变形破坏机理。     

沿空巷道围岩变形破坏机理及控制研究

回采条件下沿空留软岩巷围岩变形与破坏是目前深地资源开采中面临的主要问题。通过室内试验方法获得岩石的基本力学参数和不同围压作用下岩石的破坏特征,通过对回采巷道破坏机理和围岩的力学性质研究,提出了可靠的支护结构方案。研究成果表明:根据采空区巷道围岩的力学特性,发现了深部开采软岩巷道的破坏规律;通过采集施工现场的岩样进行室内试验研究,提出了沿空留巷的有针对性的设计方案,以锚杆和锚索为主,共同提供支护强度。     

深埋巷道地应力测量及围岩应力分布特征研究

 基于淮南矿务局潘一矿的水压致裂法地应力测量结果及围岩应力分布特征研究,可以得出如下初步结论：(1) －790 m高程东翼矸石胶带机大巷区地应力以构造应力场为主,其最大原岩水平主应力值大于28.33 MPa,岩石单轴饱和抗压强度与最大水平主应力比值为5.82,属高应力区;(2) 在高地应力作用下巷道围岩塑性区从洞周向深部逐渐扩展,同时围岩应力也在塑性区向纵深方向逐渐增大,受围岩弱化的影响,围岩应力在约2倍洞径处应力达到最大值,然后再降低并趋于原岩应力;(3) 底板轨道大巷对顶板围岩应力分布的影响范围大于6倍洞径,远远超过根据传统弹性力学计算的3倍洞径影响范围。研究表明,深埋巷道围岩应力分布特征有别于传统的浅埋巷道,可为类似巷道围岩的变形破坏机制分析以及巷道加固支护提供参考。     

大倾角煤层旋采巷道围岩破坏机理与支护技术

为解决大倾角煤层旋采巷道围岩变形控制难题,以潘北矿12124大倾角煤层回采巷道为工程背景,采用现场试验、理论分析与数值模拟相结合的方法,研究了旋采巷道破坏规律及上采空区支承压力对巷道的影响,分析得出大倾角煤层旋采巷道围岩破坏机理。结果表明:(1)旋采巷道拐点处断面较大,且受到上采空区及超前支承压力影响,巷道应力值增大,支护体压缩破坏失稳;(2)旋采至拐点前10 m处采空区煤柱应力与采动应力贯通,同时大倾角下巷道受到上覆岩层剪切应力影响,巷道变形增大。通过分析及工程实践,提出并实施了巷道卧底扩刷、锚网索联合支护方式,有效控制巷道变形,取得较好的社会效益。     

深埋马蹄形隧道开挖围岩应力与位移的复变函数解

利用复变函数解法中的柯西积分法,求解工程中常用的单心圆仰拱马蹄形隧道在弹性半空间内任意一点处的应力值和位移值解析解表达式。由于是深埋隧道,且埋深与孔径之比较大,故不考虑重力梯度影响,直接把重力作用化为无限远处作用有P1、P2的外载;求解出马蹄形隧道孔洞在弹性半空间内任意一点处的应力值和位移值解析解表达式。结合典型断面,利用三维有限元分析软件MADIS/GTS建立二维平面应变模型,对理论推导单心圆马蹄形隧道在弹性平面内的解析解公式进行验证。分析表明,有限元结果和解析解结果有较好的吻合性,证明了新方法的准确性,针对深埋马蹄形隧道开挖工程,可以快捷地评估围岩应力状态及位移变形。     

深部岩巷锚喷支护作用机理及其力学性能分析

针对深部岩巷支护特征,对锚喷支护作用机理进行理论分析,结合皖北某矿西翼胶带机斜巷巷道实际情况,采用数值计算软件,对深部围岩巷道不同支护方式下围岩变形及其破坏规律进行数值模拟。对锚喷支护和喷射混凝土两种支护方式下围岩的应力、位移及塑性区的变化情况等进行系统地对比分析,同时对锚喷支护中改变锚杆间距进行数值分析。计算结果表明,岩巷锚喷支护显著提高了围岩的强度和承载能力,有效地控制了深部围岩巷道的变形和稳定。     

考虑渗流、应变软化和扩容的巷道围岩三剪应力统一强度理论解

为了研究渗流、应变软化和扩容对巷道围岩稳定性的影响,首先根据三剪应力统一强度理论建立了平面应变状态下的屈服方程,将巷道围岩从外往内依次划分为弹性区、塑性软化区、破碎区,然后综合考虑渗流影响、应变软化、扩容以及塑性软化区和破碎区内弹性应变的2种情况,推导了各个区应力、位移以及塑性软化区和破碎区半径的三剪应力统一强度理论解...     

马蹄形孔口和梯形孔口的应力集中问题

本文应用保角映射方法将带孔口的区域映射到单位圆内部，然后应用复变函数解法求出在三种均匀应力场下孔口附近的应力分布，并讨论了马蹄形孔口和梯形孔口的应力集中问题。     

裂隙倾角及数目对岩体强度和破坏模式的影响

为研究不同裂隙倾角和数目下低强度岩体强度和变形破坏特征,对含不同预制裂隙的类岩石材料试件进行常规单轴压缩试验。结果表明:(1)低强度岩体峰值强度随裂隙数目增加而减小,随裂隙倾角增大而增大,裂隙倾角0°的三裂隙试件单轴压缩强度最低;(2)除90°裂隙试件外,随裂隙数量增加,试件弹性模量减小,而轴向峰值应变先增大后减小;(3)随裂隙倾角增大,试件弹性模量和轴向峰值应变总体呈“凹型”变化,最小值发生在30°裂隙试件,且大倾角裂隙试件(α>45°)的轴向峰值应变对裂隙倾角敏感程度大于小倾角裂隙试件(α<45°);(4)随裂隙数目增加,低强度岩体的破坏模式变化趋势:脆性破坏→塑性破坏→塑性流动变形破坏。     

巨型地下洞室脆性围岩高应力破裂防治措施研究

脆性岩体高应力破裂是西部水电地下工程面临的主要岩石力学问题之一。依托世界最大规模的白鹤滩地下厂房洞室群,在概括高应力条件和玄武岩脆性特征基础上,说明了地下洞室围岩破裂破坏形式。采用3DEC中围岩能量释放等指标,研究了洞群布置、体形优化等宏观策略;依据围岩高应力集中特征,分析了开挖程序和支护时机等应对措施。结果表明,针对构造应力占主导的地下工程,可研设计应尽可能使主要洞室轴线与σ⁰₁小角度相交、宜选择双向成拱的圆筒形体形、保证顶拱曲率与应力拱相适应,并且,在施工期应尽可能沿σ⁰₁方向优先开挖、对应力集中的顶拱开挖不宜过多分幅、河谷应力条件下应优先开挖临江侧,此外,必须充分利用掌子面效应及时支护,抑制脆性岩体破裂扩展和时效变形。工程实践表明,防治脆性围岩高应力破裂的战略性措施能够降低洞室群围岩产生破裂破坏的总体风险,而战术性措施能够减小支护代价,提升工程安全性和经济合理性。     

隧道围岩与支护结构变形协调控制机理及工程应用

为解决高应力下隧道岩爆以及软岩大变形控制难题,本文从隧道围岩荷载与支护平衡、变形协调控制及围岩能量守恒三方面进一步分析地下工程平衡稳定方法的特点;根据不同围岩级别总结地下工程平衡稳定方法中隧道支护结构抗力与围岩变形特征曲线,并提出隧道围岩支护的施工建议;通过分析围岩与支护结构有效荷载传递规律与功能转换特征,揭示围岩平衡与支护结构变形协调控制机理,并结合高应变吸能层材料设计一种表征为“吸能让压 支承抗压”的一体化新型隧道围岩支护工艺。通过工程应用表明,基于新型支护工艺在岩爆、软岩大变形隧道中围岩压力降低28.09%,保障了隧道安全高效施工。     

不同围压下页岩声发射及破裂前兆信息研究

对页岩进行常规三轴压缩下的声发射试验,并以时间为参考变量,得到力学与声发射参数之间的耦合关系,对其进行分析,以研究常规三轴压缩下页岩声发射特征的围压效应及其破裂前兆信息,并进一步揭示岩石破坏的微观机制,结果表明:(1)页岩声发射信号可分为4个阶段,即:原生裂纹压密阶段、平静阶段、爆发阶段、破坏阶段。(2)随着围压的升高,页岩的峰值强度随之升高,损伤强度σcd也随之升高,并且其数值约为峰值强度的91%。(3)随着围压的升高,由于破裂后的岩块之间的破裂面在凹凸处存在相互啮合啃断,岩样声发射信号在峰后残余强度阶段出现多个峰值。(4)页岩声发射RA值在主破裂发生前都有突然增大,并达到峰值的现象,预示着主破裂即将发生,因此可以将声发射RA值的突然增加作为页岩主破裂前兆信息。