非均应力场圆形巷道围岩塑性区解析分析

巷道围岩塑性区大小是评价围岩稳定性的重要依据及进行巷道支护设计的理论基础。一般圆形巷道所受原岩应力场为非均匀应力场。通过对圆形巷道围岩的力学分析,获得了围岩主应力场分布规律,结合极限平衡条件下的莫尔-库仑准则,得到了圆形巷道在不等压原岩应力作用下围岩的塑性边界方程。软岩巷道围岩控制的基本出发点是充分发挥围岩的自承能力,其基本原则之一便是圆形巷道形式。     

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.     

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。     

非均匀应力场中巷道围岩变形控制研究

根据岩石的力学特征及峰值应力前后的力学性能,结合岩体损伤特性,得到三维连续损伤演化方程。利用Mohr－Coulomb强度准则和连续损伤力学方法,考虑巷道开挖过程中的空间效应,分析并推导出巷道围岩处于非均匀应力场中损伤应力场的分布,以及围岩—支护达到平衡时的相互作用力解析解。通过现场支护设计和监测,验证了计算分析的有效性,在实际工程计算中有一定的应用前景。     

水环境和非均匀地压联合作用下弱胶结软岩巷道围岩稳定性解析

针对高湿环境下弱胶结软岩巷道围岩稳定性问题,建立水环境-非均匀地压联合作用下弱胶结围岩系统力学模型,基于弹性位移势理论和叠加原理,推演水环境和非均匀应力场共同作用下围岩弹性应力公式,然后基于极限平衡法获得塑性区边界的隐函数计算方法,最后详细分析湿度场、侧压系数对围岩主偏应力和塑性区范围的影响.结果 表明:高湿环境下,硐...     

采动巷道围岩非均匀变形特征及稳定性控制技术研究

受到原岩应力与采动应力叠加影响的巷道会产生非均匀变形,甚至发现顶板事故,采动巷道围岩稳定性控制是实现矿井安全高效开采的关键。针对长岭一号煤矿152106工作面轨道巷受到采动影响变形严重的问题,采用现场监测、数值模拟等研究方法,分析了采动巷道围岩变形特征及塑性区演化规律。结果表明：在采动影响下,巷道围岩变形呈非均匀特征,工作面前方巷道围岩变形量小于工作面后方,巷道煤柱侧变形量大于煤壁侧,顶板出现离层并且靠近煤柱侧底鼓量更大,局部可达400mm|工作面前方最大主应力、主应力比值、塑性区范围均小于工作面后方,塑性区呈椭圆形分布,巷道围岩位移量与塑性区范围具有一致性。据此提出了补强支护方案,即顶板补打锚索、煤柱对穿锚索及打设单体液压支柱,现场试验结果表明轨道巷煤柱帮变形减少了65%,巷道底鼓量260mm,工程应用效果较好。     

非均匀地应力场中巷道围岩塑性区分布的工程地质分析

考虑岩体的地质强度和受工程扰动程度,应用广义Hoek-Brown强度准则和弹塑性力学方法,对非均匀地应力场中的圆形巷道围岩塑性区进行分析,建立了与岩体地质强度指标(GSI)和开挖扰动程度(D)有关的塑性区边界线方程式。通过实例,分析了不同地质强度指标和工程扰动程度下的塑性区分布的形态,得出当岩石地质强度指标GSI值一定时,巷道围岩的塑性区范围随着工程扰动程度D的增大而增大;当扰动系统D的值一定时,巷道围岩的塑性区范围随着地质强度指标GIS的减小而增大。     

非均匀应力场下巷道围岩弹塑性分析

根据岩石材料的变形特性,引入了在实际工程中对巷道围岩具有一定影响的参数,采用岩石应力-应变三线段力学模型,分析了非均匀应力场下圆形巷道围岩弹性区、塑性软化区、塑性残余区的力学形态,推导出了非均匀应力场下圆形巷道弹塑性的理论解。在此基础上给出具体算例,分析了不同的影响因素对巷道围岩的影响。通过实例表明：岩石的侧压系数、应变软化、支护压力对围岩的力学形态、塑性区大小都有很大的影响;随着侧压系数的增加,巷道两帮处的塑性区范围在减小;软化模量的降低可以减小塑性区的半径;支护压力增加也可以减小塑性区半径。了解岩石的侧压系数,控制岩体的软化模量,适时加大支护压力均能有效地控制巷道围岩的稳定性。     

考虑渗流作用的锚杆支护巷道围岩稳定性分析

为研究渗流作用下锚杆支护巷道的稳定性,应用等效分析方法,将锚杆的支护效果考虑成作用于锚固体两侧的1组夹紧力和强化围岩参数作用,并将渗流场转化为1组均匀分布在围岩中的一维径向体积力,同时考虑锚杆支护作用与渗流作用对围岩的影响,应用弹塑性理论,推导出了巷道围岩应力分布,得出了渗流作用下锚固体与围岩协调变形的塑性区半径方程,最后提出了围岩稳定性评价方法。结果表明:通过算例,对比分析了不考虑渗流作用和考虑渗流作用下,锚杆支护参数对围岩稳定性的影响;在相同的条件下,考虑渗流作用时需要锚杆提供更大的支护力。     

巷道围岩渗流场和应力场各向异性特征分析及应用

依托范各庄煤矿12号煤层底板的砂岩巷道工程实际,应用岩体结构面非接触测量（ShapeMetriX3D）系统,对巷道开挖面进行岩体结构面数字摄影测量及识别,得到岩体结构面的几何分布参数;在此基础上,利用Mont-Carlo方法生成裂隙网络,分别利用离散介质渗流方法和几何损伤理论计算岩体的渗透张量和弹性张量,研究了岩体力学参数各向异性和尺度效应;最后,建立了平面应变情况下的巷道围岩各向异性渗流力学模型,采用COMSOL Multiphysics多物理场分析软件,计算得到了可以考虑节理分布特征的巷道围岩应力场和渗流场,并讨论了岩体力学性质主方向对围岩应力场、渗流场及损伤区的影响。研究表明,岩体的各向异性对数值模拟结果影响显著,等效连续介质的各向异性模型能考虑岩体结构面的影响,更符合工程实际。     

初始地应力场对煤矿巷道围岩稳定性的影响

基于柴里矿二水平南轨上山实际地质开采条件, 采用UDEC数值模拟计算, 对岩层移动模拟研究中初始地应力场对巷道围岩稳定性的影响进行了研究。研究结果表明, 地应力的大小、方向对巷道围岩稳定性影响很大, 巷道两帮移近量、顶板下沉量和底板底臌量整体上都随着侧压系数增大而增大; 巷道顶、底板和两帮内围岩垂直应力随着侧压系数增大而增大, 当侧压系数超过1.5以后, 随着侧压系数增大, 两帮支承压力峰值逐渐趋于一定值, 且支承压力峰值位置有靠近巷帮的趋势; 巷道两帮和顶底板岩层不同层位处的位移大小和方向是不同的, 两帮和顶底板一定距离内存在着位移为0的点或面。     

流变特性引起围岩应力场演变规律分析

为了研究流变特性引起围岩应力场演变规律,分析了巷道开挖完成后,围岩的应力状态,得出围岩应力峰值点位于塑性区与弹性区的交界处;选取西原模型计算软岩的流变过程,在计算过程中,提出了三向应力状态下围岩应力峰值点发生转移的判据;结合典型软岩巷道-龙口海域巷道流变实验成果,给定一个极小的时步Δt,在σ(x,t)作用下将会产生一个应变增量Δε,当围岩应力峰值点位置发生变化时,应力重新分布,形成新的应力分布σ′(x,t),编制计算程序,计算得出不同时刻的应力分布情况和围岩应力峰值位置.根据计算结果,得出了巷道开挖后围岩应力峰值的转移规律,并得出围岩应力峰值点会最终趋于某一位置.     

构造应力场对深井巷道围岩稳定的影响

为了研究构造应力场对深井巷道围岩稳定的影响，运用3D-σ有限元计算软件对深井巷道在构造应力场中不同布置方向的稳定性进行了数值模拟分析，分析得出随着巷道轴向与构造应力场方向夹角的增大，巷道围岩受力状况逐渐趋于恶化。对此，提出在布置巷道时，尽可能使巷道轴线方向与最大水平主应力方向以小角度相交(最好趋于一致)，并采用宽度大于高度的矩形、拱形或椭圆形断面，使断面形状与构造应力状态相适应。     

岩体结构类型与巷道围岩稳定程度的相关性研究

针对阳煤五矿后备区井底车场岩层厚度变化大、岩体结构多样的特点,从岩体结构分类出发,通过分析巷道的应力场特征和破坏区域分布特征研究不同岩体结构特征下巷道的稳定性。研究结果表明:同等条件下巷道稳定程度为整体结构层状结构块体结构碎裂结构散体结构;岩体结构尺寸是巷道围岩稳定性分级的一个重要指标;巷道围岩稳定性与岩体块度尺寸间的数学关系为y=y0+A·eRo·x。其研究成果对于巷道围岩分级以及巷道支护具有理论指导意义。     

渗流作用下陷落柱体围岩温度场分布模型的研究与应用

陷落柱突水时,导致围岩温度升高,根据围岩温度场分布对矿井突水预测具有一定可行性。采用有限元软件COMSOL求解温度—渗流场耦合模型,得到7₂22工作面陷落柱突水后围岩温度场的分布情况,模拟结果与监测结果基本一致,说明通过监测含水构造的温度场分布情况来预测矿井突水的可能性。模拟结果表明,距离高温水流位置越近,则受到热交换平衡区的影响时间就越长,温度场的变化越显著。     

应力波作用下巷道围岩层裂失稳的数值模拟

片帮型冲击矿压使煤壁局部失稳,它与煤壁层裂板结构的形成有关.为了分析巷帮层裂结构形成的影响规律,采用LS-DYNA软件,对扰动应力波作用下巷帮围岩层裂破坏结构的形成过程、顶板的岩性对层裂结构形成的影响进行了有效的数值模拟.研究得到了巷道围岩在一定应力状态下巷帮围岩层裂结构的形状、厚度等特征.顶板的性质决定了是否形成巷帮层裂结构及其层裂结构的范围大小及层裂板的稳定性.研究结果对揭示煤矿冲击矿压的诱发机理,以及采取有效的防治技术措施具有重要意义.     

深部高应力下不同巷道掘进速率对围岩稳定性的影响

研究了不同加卸荷速率条件下岩石破坏特性及其蠕变性质, 结果表明, 加卸荷速率越大, 岩体的强度越大, 蠕变越小。同时以金川二矿区巷道掘进工作面的工程地质情况及生产技术条件为背景, 研究了掘进速度对巷道围岩稳定性的影响。研究结果表明: 掘进扰动在工作面前方和巷道周围尤其在四个角点位置引起围岩破坏, 随着掘进速率的增加, 破坏区体积减小; 岩体开挖卸载导致掘进工作面前方及两帮形成耳状应力集中区, 随着推进速度的加快, 掘进工作面前方应力区向工作面移动, 围岩应力及应力区面积均减小; 掘进扰动引起围岩的位移变形, 最大位移发生在巷道顶底部, 随着掘进速率的增加, 围岩的位移减小。现场生产时适当加快工作面掘进速率, 有利于保持巷道的稳定及改善巷道维护状态。     

深埋断层节理段导流隧洞围岩稳定性分析

西南某水电站导流隧洞K1+350~400桩号发育F13断层等多条节理,埋深大,地应力较高,地质条件复杂。运用三维离散单元软件3DEC对其进行数值模拟,并结合现场监测数据对其围岩稳定性进行分析。结果表明,该段围岩稳定性主要受结构面控制,F13断层下盘右拱肩掉块较多,位移较大,支护后导流隧洞围岩稳定性得到加强,支护效果较好。