基于统一强度理论的非均匀应力场圆形巷道围岩塑性区分析

基于统一强度理论，推导出非均匀应力场的巷道围岩塑性区边界线方程式，可用于预测不同侧压系数时地下深埋隧洞的塑性区大小及形状.当不同程度地考虑中间主应力的影响时，围岩塑性区形状和大小有较大不同，且随水平应力与垂直应力差异性的增大，这种影响趋于明显.     

基于偏应力场的巷道围岩破坏特征及工程稳定性控制

针对巷道围岩破坏机理及稳定性控制问题,采用岩石力学等相关理论推导了巷道围岩偏应力场的解析解,分析了圆形巷道围岩在不同情况下的分布情况,建立了偏应力场与塑性区分布的本构方程,表明塑性区半径与极坐标的角度和偏应力是密切相关的,可呈不规则分布;结合工程实际,采用数值计算模拟分析了垂直应力大于水平应力时(侧压系数λ=0.4)和水平应力大于垂直应力时(侧压系数λ=1.6)不同应力状态下的巷道围岩偏应力和塑性区演化过程;根据现场调查及塑性区演化特征,提出在不同侧压系数下巷道围岩可形成典型正对称失稳模式和典型角对称失稳模式,并分析了这两种破坏模式的巷道围岩支护误区,以及相应的控制原则与关键技术。结合木孔煤矿和高坑煤矿的工程实践,应用了以"锚杆+锚索"支护为主,以提高两帮稳定性目标的"高强刚桁架"综合支护技术;以及以"关键部位注浆",发挥内、外耦合作用的"锚杆+U型钢+锚索"综合治理方案。工程实践表明,所提出的支护方案分别能对正对称失稳巷道和角对称失稳巷道围岩变形能起到较好的控制效果。     

高地应力双隧道施工围岩应力变化规律数值模拟研究

以云县至凤庆高速公路隧道开挖工程为研究对象,采用数值分析和相似模拟相结合的手段,对其处于不同埋深岩层围岩变化规律展开研究。为保证隧道开挖施工安全,分别对隧道拱顶围岩压力、拱腰围岩压力以及上方围岩压力进行监测。基于监测数据分析围岩应力变化规律,明确了隧道开挖对其拱顶上部岩层影响程度和拱腰不同位置岩层应力在应力释放阶段所表现形式。研究表明,拱腰围岩竖向应力在左右隧道开挖整个施工阶段,应力变化曲线主要可分为3种类型,逐渐增大最终趋于稳定型、先增加后快速下降再缓慢增加型和先增加后快速下降至0型;根据拱顶及拱顶上方岩层竖向应力曲线,可将隧道拱顶上方岩层分为3种状态,拱顶上方0~50 m应力释放“高影响区”,拱顶上方50~150 m岩层属于应力释放“次影响区”,拱顶上方150 m以上岩层属于应力释放“缓影响区”。     

基于尖点突变理论的巷道开挖围岩稳定性及支护研究

针对矿山在巷道掘进过程中极易发生失稳破坏问题,以川南某矿巷道为工程背景,通过FLAC3D软件分析开挖过程中围岩稳定性变化规律,监测关键点位移变化情况,将监测位移与尖点突变理论结合,建立巷道围岩稳定性判定的数学模型.结果表明:随着开挖顶板、底板和两帮会逐渐发生失稳变形,在开挖到第7步时发生突变围岩破坏,结合同一层位回风巷...     

深部高应力巷道围岩预留变形控制技术

采用理论分析、数值计算、现场试验等手段,研究了支护阻力对深部高应力巷道围岩变形与塑性区的影响,提出了支护结构应满足围岩大变形的协调支护原则。研究结果表明:在现有支护条件下,支护阻力对深部高应力巷道围岩变形、塑性区影响十分有限,深部高应力巷道围岩总是存在一部分变形量依靠现有支护水平无法控制,将此部分围岩变形量称之为巷道围岩的"给定变形",并且这种"给定变形"随着开采深度的增加而增大;因此,对于深部高应力巷道围岩变形控制,可在巷道掘进时预留一定的变形空间,并要求支护结构应能够适应巷道围岩的大变形,以维持围岩的完整性,同时保障支护结构本身能够持续不断提供支护阻力而又不出现断裂失效。工程实践结果表明:考虑预留变形并采用"锚杆+自动让压桁架锚索"为主体,锚索加固为辅助的综合控制技术可较好的控制巷道围岩的稳定性,保障了巷道服务期间的安全使用。     

煤柱集中载荷对不同错距巷道围岩应力的影响

研究煤柱下方不同错距巷道的应力状态,对煤柱下部邻近煤(岩)层巷道合理布置方式,以及巷道选取合理的支护方式具有指导意义.论文采用数值模拟方法分析了煤柱集中载荷下不同位置巷道围岩的应力分布特征.通过分析可知:当巷道位于煤柱中心正下方时,巷道顶底板及两帮受到对称作用力,支护亦应采用对称方式;当巷道位于煤柱边缘下方或巷道距离煤柱一定距离时,巷道顶底板及两帮受力不对称,靠近煤柱侧受力最大,最容易发生破坏,因此靠近煤柱侧需加强支护,应采用非对称支护.     

基于围岩及灌浆圈非均质性的外水压力计算

隧洞外水压力计算方法较多,每种方法都有优缺点。采用数值法来计算灌浆圈的外水压力,将围岩灌浆圈分为3层,计算了各层渗透系数不同以及等效后的渗透系数时条件下的外水压力。计算结果表明,随着衬砌渗透性的增加,外水压力逐渐减小。当考虑灌浆圈不同厚度的变化时,如果将围岩灌浆圈和钢筋混凝土衬砌当作一个整体考虑,衬砌外缘的外水压力下降幅度较大,灌浆圈外缘的外水压力下降幅度很小;当灌浆圈的渗透性与衬砌的渗透性相差不大时,衬砌的外水压力变化比较小,当灌浆圈的渗透性与衬砌的渗透性相差教大时,衬砌的外水压力变化比较大。经研究分析,采用数值法计算高压岔管区围岩及灌浆圈的外水压力有一定的实用性。     

考虑中间主应力的非均匀应力场圆形巷道围岩塑性区分析

基于Drucker-Prager准则,引入中间主应力系数,推导出不同侧压系数下巷道围岩塑性区边界线方程,用于预测不同侧压系数下巷道围岩塑性区的大小和形状。用单因素分析法,考虑不同中间主应力下,巷道围岩塑性区半径的变化规律。在侧压系数λ=1的时候,对在D-P准则下和在Mohr-Coulomb准则下巷道围岩塑性区的大小进行比较。侧压系数越偏离于1,巷道围岩塑性区水平方向和垂直应力侧差异增加,对围岩塑性区的大小和形状影响也越大;随中间主应力增大,塑性区范围越小。     

真三轴应力条件下钻孔围岩稳定性及塑性区特性

为探究中间主应力对预制孔岩石力学性质的影响,基于自主研发的"多功能真三轴流固耦合试验系统",进行了等b等σ3试验。试验结果表明:主应力方向、中间主应力对岩石变形和强度特性均有较大影响。裂纹特征应力值随中主应力系数b的增加呈现先增大后减小的趋势;裂纹主要在垂直孔轴线方向发育并首先在较小的主应力方向发生破坏。几种条件下试样的强度均随中主应力系数的增大而先增大后减小。其中,最大主应力平行于孔轴线时强度最高,稳定性最好;在中主应力系数b较小时,中间主应力平行于孔轴线时强度最低,而b较大时孔轴线沿最小主应力时强度最低。基于广义平面应变理论,分析了中间主应力对孔周围塑性区的影响。     

基于预应力锚和自应力注的破碎围岩锚注加固应用研究

针对高应力巷道围岩锚注中注浆锚杆锚固力低和水泥基注浆材料自收缩造成控制效果不佳的问题,提出基于预应力锚和自应力注的破碎围岩锚注加固方法.以平煤十矿变电所巷道为工程背景,基于原支护方式失稳机理分析,探究裂隙岩体自应力浆液加固原理,研发新型高强预应力注浆锚杆系统,形成基于预应力锚和自应力注的破碎围岩锚注支护方案.通过浆岩界面SEM扫描、围岩钻孔窥视、锚杆索受力和围岩变形监测等方法综合评价该新型预应力锚注的工程应用效果.结果表明:通过高强预应力注浆锚杆的轴向约束应力与自应力浆液的膨胀应力使加固围岩处于准三维受力状态,实现了破碎围岩的强化与损伤修复;新型高强预应力注浆锚杆具有预应力大、预应力施加标准、锚固力高、杆体强度高等优点,能够对围岩提供高轴向约束;新型锚注加固后,注浆浆脉充填围岩裂隙,浆液结石体与岩体结合致密;注浆锚杆索受力稳定,巷道表面围岩最大位移为83 mm,说明通过新型预应力锚注加固方案实现了变电所巷道围岩稳定性控制.     

非静水压力条件下巷道围岩偏应力场分布特征与围岩破坏规律

通过理论分析对受三向应力非静水压力条件下的巷道围岩偏应力场与应变能密度分布规律进行了深入研究,以此来探究巷道围岩破坏规律,巷道塑性区数值模拟结果与现场工程实例验证了理论结果的正确性。研究结果表明:(1)非静水压力条件下,不同的主导型应力场中,巷道围岩偏应力场分布规律差异较为明显。σ_x主导型应力场中,巷道顶底板偏应力大于两帮;σ_y主导型应力场中,巷道顶底板与两帮偏应力大小差别不大;σ_z主导型应力场中,巷道两帮处的偏应力大于顶底板。主导应力值的变化会引起巷道围岩偏应力分布数值上的变化,不引起偏应力分布形态的改变。(2)等p、等q时,在σ_x与σ_y主导型应力场中,巷道顶底板应变能密度大于两帮,而在σ_z主导型应力场中,巷道两帮应变能密度大于顶底板。等p、不等q情况下,3种主导型应力场中,巷道顶底板与两帮应变能密度均随偏应力比M的增大而增大;等q、不等p情况下,巷道顶底板与两帮应变能密度均随偏应力比M的减小而增大。(3)三向应力状态下,巷道围岩应变能密度分布规律可以反...     

松散破碎围岩双循环注浆加固试验研究

为解决松散破碎围岩巷道持续变形的问题,采用现场调研、理论分析的方法,对松散破碎围岩巷道的变形机理进行研究,并结合数值模拟方法提出注浆方案与参数,现场试验后将原注浆方案优化为单排5孔几何布置的双循环注浆加固方案。结果表明：应用注浆压力为6 MPa,钻孔长度为3 m、排距为3 m,单排5孔几何布置的双循环注浆方案可有效降低窜浆堵孔现象发生的概率,并使浆液均匀分布,在注浆加固段巷道扩帮后可明显观察到浆液的扩散半径达到2.5 m,并形成了良好的骨架结构,有效提升了松散破碎围岩的承载能力。     

构造应力对煤层巷道围岩稳定性的影响研究

1矿区开采现状晋煤集团所属矿井中,包括上世纪七十年代以前建设的老三矿和九十年代以后建设的新三矿。老三矿的煤层赋存条件简单,埋深浅、地质构造少,开采条件非常优越,巷道支护和工作面回采都相对容易。但是,随着新矿井的相继投产和老矿井开采条件的恶化,产生了许多新问题。如     

基于主应力迹线及拓扑结构的巷道围岩稳定性研究

为了揭示出巷道围岩在应力场结构中的稳定性准则,根据对基于主应力迹线的应力场结构及其破坏规律进行分析,得出巷道在应力场中保证稳定性的总原则为通过调整巷道的支护参数,使应力场中优势主应力迹线远离"分岔"的状态.以李子垭南二井3103运输巷为工程背景,通过数值模拟的方法,从应力场结构稳定性的角度对巷道支护效果进行分析.结果表...     

基于采动应力场与微震活动性的岩体稳定性分析

为了研究采矿活动中的应力场、微震活动规律与围岩稳定性之间的关系,依托石人沟铁矿工程实例,详细分析该矿15号勘探线附近区域地下空区形成及露天坑内排过程中围岩体内部微破裂的产生、聚集及演化规律。利用有限元软件ANSYS建立力学模型,模拟不同采矿活动中的应力场分布。然后通过对比同一时期应力场与微震事件分布状态揭示应力场与微震活动性之间的关系：应力状态的改变会诱发岩体内部微破裂（微震活动性）的产生,应力集中会引起微震事件的区域性聚集。结合现场岩体地质状况,发现高能量微震事件大量聚集的区域岩体破坏程度较周围区域更为严重,说明微震事件所释放的能量及事件密度是岩体内部破坏程度的真实反映,因而将它们作为岩体稳定性的评价指标是可行的。最后,基于对以上关系的认识,结合下阶段矿山应力场分布状况预测了石人沟铁矿可能会发生岩体失稳破坏和地质灾害的危险区域,并提出了相应的防治措施。     

基于地应力的巷道围岩支护设计及校核

以赵庄二号井2301工作面两侧巷道为工程背景,通过地质勘测、地应力测试、力学分析、数值模拟及矿压观测的方法,对巷道掘进方向及围岩支护方案进行了设计。结果表明:巷道掘进方向与水平构造应力方向相一致时有利于防范底板冲击的发生;第二偏应力和塑性区分布结果验证了支护方案设计的合理性。现场巷道表面收敛位移量均控制在5%以内,为类似条件巷道支护设计提供了借鉴意义。     

深井巷道围岩应力松弛效应与控制技术

基于深井巷道围岩应力松弛特征,建立锚杆支护条件下的黏弹性应力松弛力学模型,分析了在应力松弛过程中巷道围岩应力场的演化规律和多次耦合锚杆支护技术对深井巷道稳定本质,并给出了深井巷道围岩稳定的判定方法。依据上述模型和判定方法确定了协庄煤矿埋深1 000 m左右的二采区轨道下山的支护技术和支护参数,现场应用表明,该技术有效控制了试验巷道的长期流变,3个月后巷道基本稳定,3年多来巷道维护状况良好。     

软土地区深基坑施工对周边建筑物沉降影响分析

软土地区地质条件较差,周边环境对基坑变形要求较高,结合某基坑施工的监测实践,讨论了软土地区深基坑施工对周边建筑物的沉降影响因素,提出了周边建筑物的安全保护措施。     

弱胶结软岩巷道围岩应力与位移分布规律及支护技术

针对西部浅埋弱胶结软岩巷道的复杂地质条件,基于X射线衍射试验、电镜扫描、岩石力学物理试验与现场监测,揭示了西部浅埋弱胶结软岩巷道围岩变形破坏失稳机理。根据巷道围岩大变形破坏特征,建立了FLAC3D数值模型,模拟演化了弱胶结软岩巷道的围岩应力位移分布规律和塑性区范围,研究结果表明:弱胶结软岩巷道围岩最大主应力决定了巷道围岩的破坏深度,且随围岩深度近似呈"へ"形分布;巷道围岩不同方向深部变形s与巷道表面距离h呈负指数衰减变化的关系。通过对比分析,数值模拟塑性区范围和地质雷达探测松动圈厚度基本一致,从而为弱胶结软岩巷道围岩稳定性分析及支护加固方案设计提供了科学指导。最后针对弱胶结软岩巷道塑性区范围,提出了"锚网喷主动支护+36U型钢支架+全断面锚注"的联合支护技术,现场监测结果表明改进的支护方案可以有效控制巷道围岩变形及塑性区的扩展,保证了巷道的长期稳定及安全。     

浅谈旋喷桩在某地铁车站盾构洞口土体加固的技术参数比选

高压旋喷桩作为一种非常有效的土体加固手段,已被广泛应用到了盾构法隧道端头井洞口土体的加固中去.本文将以大连地铁某工程为实例,对高压旋喷桩施工过程中的技术参数的选取进行论述.提出根据现场场地实际情况,先初设参数进行试桩,后依据试桩钻芯取样所测结果对技术参数作进一步调整,最终得出最为合适的技术参数.