深部巷道围岩变形试验与数值模拟研究

为了研究深部软岩巷道的变形破坏特性,以淮南矿区某煤矿13-1煤回采巷道为例,在现场调查回采巷道工程概况的基础上,开展了室内深部回采巷道围岩变形特性相似模拟试验,并基于块体离散元法,建立了深部回采巷道围岩的数值模型,模拟了开挖过程中围岩的变形特性。相似模拟试验和数值模拟试验结果表明,深部巷道围岩的典型特征为:巷道底臌量两帮移近量顶板下沉量,巷道不同围岩受开挖扰动的位移影响范围不同,底板为3.5 m,顶板为2.45 m,两帮为5.5 m。     

不同断面形式深埋巷道围岩破坏数值模拟分析

以Ⅲ级围岩为例,利用有限差分软件FLAC对不同埋深情况下不同断面形式的巷道进行数值模拟,分析矩形、直墙拱形和圆形断面巷道围岩应力应变、围岩塑性区随埋深的变化规律及特点。结果表明：拱形断面巷道的围岩变形、围岩塑性区最小,尤其是顶板下沉量较矩形和圆形断面巷道的要小得多;圆形断面巷道围岩水平向位移最小;矩形断面巷道围岩应力及变形随埋深增加幅度都要大于拱形和圆形断面巷道。     

矩形和直墙拱断面围岩巷道破坏的数值模拟研究

通过对岩石破坏特性和机理的分析,得出岩石破坏的剪切强度与参数的数学关系。在此基础上建立围岩巷道的数值模型,模拟围岩巷道在矩形和直墙拱等断面条件下的破坏过程,得出巷道在不同侧压系数条件下的围岩破坏特征。结果表明:同一断面形状,当侧压系数较小时,破坏裂纹首先出现在两帮,随着荷载的增大,破坏裂纹由底部向顶部转移;另外基于矩形和直墙拱形断面巷道的数值模拟,得出了围岩巷道的破坏是一个渐进的过程,并伴随应力场而不断转移,且在相同侧压系数和外荷载条件下,矩形巷道破坏较为严重。分析矩形巷道和直墙拱巷道变形破坏过程,为合理寻求巷道设计和支护方法提供依据。     

深部复合顶板巷道变形破坏机理研究

高应力下软弱复合顶板的持续塑性变形破坏,是深矿井巷道支护与维护的难点之一.分析了车集煤矿2405工作面区段运输平巷和区段回风平巷的围岩结构和岩性特征,构建了该类巷道复合顶板的力学模型,导出了该模型的力学变形方程.对巷道顶板变形破坏机理进行了深入分析,认为当巷道顶板岩层所受轴向压力大于岩梁达到屈服时的临界压力0.8倍时,巷道变形(下沉)明显增大,严重时产生冒顶.提出了同类巷道掘进过程中围岩控制的关键措施.     

深部复合顶板巷道变形破坏机理研究

高应力下软弱复合顶板的持续塑性变形破坏,是深矿井巷道支护与维护的难点之一．分析了车集煤矿2405工作面区段运输平巷和区段回风平巷的围岩结构和岩性特征,构建了该类巷道复合顶板的力学模型,导出了该模型的力学变形方程．对巷道顶板变形破坏机理进行了深入分析,认为当巷道顶板岩层所受轴向压力大于岩梁达到屈服时的临界压力0．8倍时,巷道变形（下沉）明显增大,严重时产生冒顶．提出了同类巷道掘进过程中围岩控制的关键措施．     

内错式下分层回采巷道围岩变形破坏机理研究

利用非线性有限元数值计算方法,模拟了上分层回采巷道开挖、上分层回采及下分层回采巷道开挖三个过程,经过分析得出了下分层煤体内应力分布曲线、内错式下分层回采巷道两帮煤体破坏过程及两帮位移分布特征;室内相似材料模拟试验结果显示了底板岩层竖直应力分布规律及采空区上覆岩层破坏形式。     

深部开采软岩巷道耦合支护数值模拟研究

通过对深部开采软岩巷道的变形破坏机理的研究发现，巷道变形破坏主要是由于支护体力学特性与围岩力学特性在强度、刚度以及结构上出现不耦合所造成的；且变形首先从关键部位开始，进而导致整个支护系统的失稳．因此，要保证深部软岩巷道围岩的稳定性．必须实现支护体与围岩的耦合．数值模拟研究表明，当锚杆与围岩在刚度上实现耦合时，能最大限度地发挥锚杆对围岩的加固作用；当锚网与围岩在强度上实现耦合时，将会使围岩的应力场和位移场趋于均匀化；当锚索与围岩在结构上耦合时，可以充分利用深部围岩强度来实现对浅部围岩的支护．实践证明，软岩巷道耦合支护可以有效解决深部开采软岩巷道支护问题。     

影响巷道变形与破坏节理力学参数的正交数值模拟试验研究

采用正交数值模拟试验方法研究了节理力学参数对巷道变形与破坏影响。选择法向刚度、切向刚度、粘聚力、内摩擦角、剪胀角、抗拉强度等6个因素、5个水平的下次试验方法进行了相关的UDEC数值模拟试验。试验结果表明：节理法向刚度和内摩擦角是影响巷道变形与破坏最敏感也是最重要的参数,增大节理法向刚度和内摩擦角可显著提高节理的抗变形能力;节理粘聚力和切向刚度对巷道变形也有明显影响。     

隧道围岩岩体变形破坏数值力学试验

该文通过对围岩岩体开展数值力学试验,在确定连续微元尺寸δc,并获取该围岩岩体各项基本力学参数的基础上,进一步研究了该围岩岩体的破裂过程,重点讨论了该围岩含单条横向节理和单条竖向节理岩体的变形破坏特征。     

深部软岩巷道围岩变形分析与控制

针对某深部软岩巷道支护困难问题,首先对围岩进行力学性能试验,然后利用有限元分析方法,在基于不同埋深软岩巷道围岩变形特征研究的基础上,从巷道开挖和围岩支护两方面对深部高地应力软岩巷道围岩变形与控制进行深入研究.结果表明:随软岩巷道埋深增大,巷道围岩变形呈线性增大趋势;在深部高地应力下掘进巷道时,全断面开挖法围岩变形最大,...     

移动压力支承作用下底板巷道围岩变形与采深的关系

本文阐明了移动支承压力影响区与采深的关系，提出了用有效载荷系数来反映动压作用下底板巷道围岩变形量的大小，结合孙村煤矿实测资料，总结出在跨采期间，底板巷道围岩变形量与有效载荷系数之间的定量关系，为深井开采移动支承压力作用下，底板巷道围岩变形量预测预报提供了一种方法。     

深部巷道组合钢架合理支护间距数值模拟研究

为确定深部巷道组合钢架合理支护间距,有效控制深部巷道围岩变形,提高巷道施工机械化水平,以焦作煤业集团赵固(新乡)能源有限责任公司赵固二矿11071工作面回风巷为研究背景,采用三维有限差分软件对深部巷道6种支护方案的围岩变形、应力和塑性区分布进行对比分析.结果表明:深部巷道围岩变形和塑性区分布受围岩局部让压效应影响显著;在巷道拱顶、拱底以及两帮与底板交接部位均易出现应力集中现象;巷道开挖引起的岩体破坏以剪切破坏为主.根据数值模拟试验得出了深部巷道组合钢架合理支护间距,优选出的最佳支护方案可以减缓围岩变形,改善围岩应力状态,减少围岩塑性破坏范围,从而提高深部巷道围岩的稳定性.     

深部硐室围岩分区破裂化现象数值模拟研究

围绕深部岩体工程的分区破裂化现象,通过数值模拟方法研究了深部硐室围岩分区破裂化现象产生的力学机理及其应力的变化规律。针对深部圆形硐室围岩,分别对应力状态PyPx、Py=Px、PyPx进行数值模拟,发现了深部围岩产生的应力集中现象。当应力集中的应力值超过岩石的强度时,就会产生分区破裂化现象。     

湘江某引航道系杆拱桥静载试验研究和数值模拟

湘江某引航道系杆拱桥运营时间已达10年以上,拱肋、吊杆及钢绞线等受到不同程度的损伤,为了验证该桥是否满足设计和使用要求,对该桥现场进行了汽车静载试验,并建立了全桥的有限元分析模型,进行了对比分析,试验结果表明：拱肋、桥面及吊杆的变形与空间有限元计算结果比较接近,大部分测点的挠度小于理论计算值,相对残余变形很小,因此可以判断结构处于弹性工作状态;大部分测点的效验系数在0.70～1.00之间;部分效验系数偏大的测点,其挠度绝对值非常小,挠跨比远远小于规范值,因此可以判断该桥梁的整体刚度满足设计要求.     

深部巷道围岩破裂模型试验变形量测研究

针对地质力学模型试验内部变形难以精确量测的难题,以深部巷道围岩破裂模型试验为基础,在模型中布置了布拉格光纤光栅应变传感器和光栅尺位移传感器,对巷道围岩内部的应变和位移进行监测,并布置了电阻应变砖进行对比分析.研究成果表明:1)电阻应变砖、布拉格光纤光栅应变传感器和光栅尺位移传感器测得的围岩内部变形规律基本一致,将光纤光栅应变传感器和光栅尺位移传感器应用于模型试验的内部变形量测是可行的;2)光栅尺位移传感器精度可达到0.001 mm,且具有制作简单、稳定性强、不易损坏等优点,在模型试验中具有广泛的应用前景;3)3种量测手段均揭示出深部巷道围岩内部变形呈现波峰与波谷交替变化,这与模型断面出现的破裂区与非破裂区交替破裂现象相吻合.     

直接顶厚度对回采巷道稳定性影响的数值模拟研究

当回采巷道沿煤层顶板或底板布置时,由于煤层一般较顶底板软弱,因此,巷道围岩的矿压显现特征主要表现为两帮煤体的变形、破坏等现象,巷道易发生两帮煤体沿层理向巷道空间挤出的现象,并进而产生破碎、松动等现象.这与巷道上覆岩层的应力有着密切的关系.本文运用RFPA软件,分析了回采巷道上覆软弱直接顶厚度对巷道稳定性、巷道围岩应力分布与破坏情况、巷道围岩破裂部位与破裂范围的影响.通过对不同直接顶厚度影响下的巷道围岩稳定性分析,得出直接顶厚度与巷道围岩稳定性之间的数值关系,并分析了直接顶厚度对回采巷道稳定性的影响因素,这为煤矿回采巷道的开挖与支护提供一定的理论基础.     

直接顶厚度对回采巷道稳定性影响的数值模拟研究

当回采巷道沿煤层顶板或底板布置时,由于煤层一般较顶底板软弱,因此,巷道围岩的矿压显现特征主要表现为两帮煤体的变形、破坏等现象,巷道易发生两帮煤体沿层理向巷道空间挤出的现象,并进而产生破碎、松动等现象.这与巷道上覆岩层的应力有着密切的关系.本文运用RFPA软件,分析了回采巷道上覆软弱直接顶厚度对巷道稳定性、巷道围岩应力分布与破坏情况、巷道围岩破裂部位与破裂范围的影响.通过对不同直接顶厚度影响下的巷道围岩稳定性分析,得出直接顶厚度与巷道围岩稳定性之间的数值关系,并分析了直接顶厚度对回采巷道稳定性的影响因素,这为煤矿回采巷道的开挖与支护提供一定的理论基础.     

深部圆巷开挖围岩能量耗散特征数值模拟分析

深部高应力巷道岩爆灾变机理及其控制对策研究,是目前国内外采矿工程所急待解决的重点难题.应用UDEC计算程序,分析了深部圆巷随开挖半径大小、应力水平高低和应力不均匀程度,围岩内主应力分布和能量耗散特征,发现随应力水平由低至高和应力不均匀程度的加剧,巷道围岩能量耗散值和能量耗散率均成凹形特征曲线急增;随开挖半径由小至大,能量耗散值成凹形曲线急增,但能量耗散率变化却很小;随着应力水平不均匀程度的加剧,在巷道围岩内部形成的主应力差值封闭包核区,呈现由围岩浅部向围岩深部跃移现象;当水平应力大于垂直应力时,在巷道顶板产生主应力差值封闭包核区的范围和量值大小,相对于巷道两帮更为严重.