热-应力耦合作用下深部软岩隧洞大变形三维数值模拟分析

高地温是深部隧洞的一个重要特点,温度场的存在必然会影响到深部隧洞的变形和应力状况,特别是考虑到深部隧洞的高地应力和大变形的特性,温度场的影响就更加显著。因此,本文基于摩尔-库仑本构模型,利用FLAC3D软件对深部软岩隧洞洞室围岩的力学响应及其在不同温度场作用影响下的应力、变形及塑性区分布等指标的分布及变化情况进行模拟计算及研究分析,得出了一定基本规律,为工程设计提供参考。     

上覆堆载对既有排水隧洞衬砌及围岩应力和变形的影响规律研究

该文以云南柳树箐尾矿堆积坝下伏的排水隧洞为研究对象,通过Flac3D数值模拟软件建立了堆载与排水隧洞的三维模型,运用极限平衡原理研究了分级堆载时下伏地层中排水隧洞主洞衬砌和围岩的应力变化规律及衬砌的变形特征。结果表明:隧洞衬砌和围岩应力随上覆堆载高度的增加而增加,且隧洞侧壁衬砌应力增长速率远大于隧洞顶拱衬砌增长速率,最大主应力方向发生改变,应力在隧洞侧壁集中,形成应力拱效应;堆填影响下的隧洞围岩应力重分布范围主要集中在一倍洞宽范围内,在一倍洞宽范围外,应力集中效应逐渐减弱;随着堆载高度的增加,隧洞衬砌的变形也随着增加,且上部位移较两侧增长快,产生不均匀变形。分析结果表明虽然高填方堆载对隧洞衬砌和围岩应力与变形有较大影响,但目前衬砌仍处于较稳定状态。     

深部煤巷偏应力场分布特征及围岩控制研究

针对受多重采动影响的深部巷道变形量大、支护困难等围岩控制问题，以赵庄煤矿33092巷为研究对象，通过现场调研、理论分析、数值模拟等方式分析了受重复采动影响的深部煤巷围岩变形破坏形态，获得了深部巷道围岩偏应力分布特征及塑性区演化规律。研究结果表明：33092巷围岩偏应力S1和塑性区都呈倾斜的“8”字型分布，属于明显的非对称式破坏，现场巷道破坏形式与理论分析、数值模拟结果基本一致|基于偏应力和塑性区的非对称分布形态，提出了33092巷的非对称支护改进方案并在现场进行工业试验，试验结果表明该方案能维持巷道围岩的稳定性，保证巷道服务期内的安全使用。     

深部高应力软岩巷道断面形状优化设计数值模拟研究

选取矩形、梯形、直墙拱形、马蹄形、椭圆形和圆形等共6种不同断面形状的巷道进行优化研究,基于FLAC3D模拟研究了这6种典型巷道开挖后的巷道围岩变形特征及围岩塑性区分布规律,分析了不同侧压力系数对它们的影响。数值模拟结果表明,巷道断面形状对高应力巷道围岩变形特征及围岩塑性区分布影响较大;根据侧压力系数的大小及主应力方向,圆形、椭圆形为深部高应力巷道最优断面形状,选择圆形、椭圆形巷道可改善巷道围岩应力状态,降低围岩变形量,减少围岩塑性区损伤破坏范围,有利于深部高应力软岩巷道的长期稳定。     

深部开采地表沉陷特征的数值模拟

随着煤矿开采深度的增加，深部岩体的力学行为在赋存状态改变的情形下趋于复杂，深部开采引起的地表沉陷不同于浅部．数值模拟与现场实测结果表明：当采宽一定时，深部开采中的地面各项移动变形值均小于浅部，对覆岩局部和地面起控制作用的关键层增多，影响了深部开采中的地表沉陷．深部的煤岩体在高地应力状态下受采后高附加应力的影响，远离工作面的煤柱均出现不同程度的压缩变形现象，煤岩柱整体压缩变形是深部开采地表沉陷的特殊组成部分，导致了、深部开采引起的地面影响范围及岩层内部移动边界线都大于浅部，这对深部开采岩层移动角参数有很大影响．     

地下水和温度影响下的深部巷道变形特征

由于深部岩体长期处于应力场、渗流场和温度场三场耦合环境中,导致岩石性质已经不同于浅部。深入了解和掌握深部环境中的岩体工程的力学特性显得非常重要且急迫。因此总结分析了应力场、渗流场和温度场三场之间的耦合关系,并给出了三场平衡方程。运用FLAC3D软件建立起包含应力场、渗流场和温度场的数值计算模型,根据模拟所得的应力、位移分析了孔隙水压、温度和热对流系数对巷道变形破坏的影响。     

岩性及层位对巷道非对称变形的影响

为研究深部开采时,岩性和位置关系对巷道围岩非对称变形的影响,运用FLAC3D对深部倾斜巷道进行不同岩性和位置关系下的位移变化特征、应力分布和塑性变形模拟分析。研究表明:巷道布置于偏硬岩层中时,岩性及位置关系对巷道围岩非对称变形影响较大;巷道布置于较软岩层中时,岩性及位置关系作用效果不明显;巷道布置于较硬岩层中时,位置关系影响较小,巷道所处层岩性对围岩变形、围岩应力分布起关键作用,岩性愈硬,应力集中愈严重,最大水平应力与最大垂直应力差值也随之变大。位置关系的改变对围岩塑性变形范围作用较小,但对围岩塑性破坏类型作用明显。     

不同侧压下底板切槽对围岩稳定性影响模拟研究

底板切槽是一种通过改变围岩应力状态抑制底鼓的主动防治措施。采用数值模拟研究不同侧压系数条件下底板切槽对围岩变形及应力演化规律的影响,研究结果表明:底板切槽会引起帮、顶位移的增加,从控制围岩变形的角度,底板切槽更适合于侧压系数较大的巷道;底板切槽对顶板围岩应力分布没有明显影响,随切槽深度的增加,帮、底围岩应力峰值向深部转移同时峰值降低,帮部以应力峰值降低为主,底板以应力峰值向深部转移为主;侧压系数越大,帮、顶应力峰值向深部转移的距离越小。     

注浆岩石锚杆锚固机理影响因素分析

为了进一步研究隧洞等地下工程中锚杆支护锚固机理,根据微段锚杆的受力平衡以及载荷传递机理建立了锚杆的载荷传递微分方程,同时根据隧道围岩安装锚杆前后的应变变形建立了锚杆的轴向载荷传递方程,结合圆形隧洞围岩的径向变形方程,推导了理想弹塑性围岩中注浆岩石锚杆的轴向应力的计算模型,以及锚固段与围岩体界面之间摩阻力的计算模型。通过分析锚杆应力的分布特征以及影响应力分布趋势和大小的因素,得到了影响其锚固效应的因素是锚杆的安装施工时机、围岩的力学特性以及锚杆的长度等。     

深部平行巷道在构造应力场中的稳定性分析

选用 2D—σ有限元计算软件 ,对深部平行巷道在构造应力场中的稳定性进行了数值分析 ,着重讨论了深部平行巷道围岩的变形特征、塑性区发育特征、围岩应力分布特征和动态演化过程 ,探明了构造应力作用与深部平行巷道围岩变形破坏的动态关系及围岩破坏机理 ,给出了合理的岩柱间距。