破碎岩体巷道变形破坏特征的数值模拟研究

为了研究岩体节理裂隙分布规律对巷道围岩稳定性的影响,依据概率与统计理论建立了破碎岩体结构面产状、规模和密度的概率模型,并运用Monte-Carlo随机模拟方法生成了可以描述和表征破碎岩体及其裂隙结构信息的二维结构面网络模型.在此基础上,建立了破碎岩体条件下巷道围岩结构的离散元数值计算模型,分析了块状型和破碎型围岩的应力状态、塑性区分布以及变形特征.研究结果表明:岩体结构面分布的尺度和规模对巷道围岩的应力状态有较大影响,破碎型围岩的承载能力明显低于块状型围岩;破碎岩体变形不再是岩体材料的本质属性,而是破裂块体之间的镶嵌组合的一种结构效应.     

侧壁垂直发育板状溶洞隧道开挖围岩稳定性研究

针对喀斯特地貌中平行于隧道走向分布的垂直型板状溶洞岩体,采用数值试验的方法对隧道开挖后的围岩稳定性进行分析,得出以下结论:1相对于无溶洞岩体,有板状溶洞岩体模拟在隧道开挖后围岩位移的最大值增大了24%;2无溶洞岩体在隧道开挖后围岩的应力场表现出中心对称分布状,有板状溶洞岩体在隧道开挖后,隧道围岩的应力分布呈非对称状态;3与无溶洞岩体相比,有板状溶洞岩体在隧道开挖后的最大压应力、最大拉应力分别增加了26%、228%;4无溶洞岩体隧道开挖后围岩未出现明显的屈服破坏区域,而有板状溶洞岩体在底板中心偏溶洞方向处出现了拉伸破坏区域。上述结论可为确保隧道稳定性而进行的岩溶处理工作提供参考。     

矿山岩体内应力重新分布的研究

通过对矿山岩体开挖地下硐室后应力重新分布后的研究,阐述了地应力的重新分布状况,致使围岩发生变形的机理、过程以及对巷道维护所产生的影响。本文分别通过对弹性岩体中水平圆形硐室围岩应力分布和应力计算、多个孔周围的应力分布、回采空间周围应力重新分布、围岩的支承压力分布等多种情况的分析,证明了围岩压力的成因、大小与岩体结构及强度关系密切,围岩压力与硐室的形状、大小、埋深和分布,支护结构的刚度、布置形式和支护时间,施工的方法和进度以及硐室中其他配套设施的荷重和组合类型等也均有一定的关系。因此,为了确保工程的稳定与安全,必须实施一定的支护结构,改进支护技术。     

巷道支护理论及其在软岩施工中的应用

本文从岩体松动理论出发,讨论了在掘进形成巷道以后岩体周围应力分布与变化规律,分析了软岩巷道围岩变形、压力特征及巷道围岩变形量的构成,对软岩巷道支护提出可行建议。     

裂隙岩体巷道围岩稳定性模拟研究

首先分析了某矿山的工程地质条件及构造裂隙分布情况,并对关键区域岩体结构进行研究。采用数值模拟手段研究了裂隙岩体在开挖及回采条件下的应力变化及围岩变形规律,分析得到不同采掘阶段无底柱分段崩落法对裂隙岩体围岩稳定性的影响。     

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。     

综采切眼扩帮后的围岩运动及其控制技术研究

二次采动,破坏了围岩形成的平衡状态,造成上覆岩体两次重新应力分布,煤岩体受到两次扰动,支架受力增大,破坏了原巷道的稳定性,围岩出现了应力集中,围岩变形比原来剧烈。     

岩体结构类型对深井巷道围岩的稳定性影响研究

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,通过分析不同岩体结构特征下巷道的应力场特征和破坏区域分布特征,研究岩体块度尺寸对巷道的稳定性影响,并通过数学拟合的方法建立了岩体块度尺寸与巷道围岩破坏程度间的关系表达式。研究结果表明:在其他条件相同情况下,岩体块度越小,巷道稳定性越差;岩体结构尺寸是巷道围岩稳定性分级的一个重要指标;巷道围岩稳定性程度可以参考公式x1/R0ln(a-y0)/A     

深部损伤岩体弹性模量的确定方法

深部地下洞室开挖后,洞室表层围岩会出现大量微裂隙,在二次应力场调整过程中,这些微裂隙逐步扩展贯通导致围岩出现片帮、板裂以及塌落等损伤现象,从而无法利用钻孔取样对表层损伤区岩体的弹性模量进行确定。本文基于损伤力学原理,利用现场声波测试与经验公式对损伤岩体的弹性模量进行初步判断,确定其大致范围,然后联合神经网络与损伤本构模型RDM对岩体的弹性模量进行精确反演,进而获得损伤岩体弹性模量的分布规律。通过红透山27采场的实际应用,证明了该方法确定深部损伤岩体弹性模量以及岩体完整性分布规律的可行性。     

双断层构造段围岩体的力学行为研究

为了研究巷道断层处围岩体的力学行为,基于岩石力学的弹塑黏性理论,建立了过断层围岩体的物理模型,分析了不同物理参数对围岩体力学行为的影响;同时通过有限元模拟了围岩体周围应力场的分布。结果表明:断层段围岩体起始应变、起始应变率和稳定应变率均随围岩体应力增大而增加;当断层处围岩体应力小于断层滑移的极限应力时,岩体应变呈线性增长,应变率保持恒定,当其应力大于断层滑移极限应力时,应变率在起始阶段逐渐减小随后保持恒定,且完整岩体弹模的增加使得岩体初始应变减小,断层岩体弹模的增大减少了岩体达到稳定应变率的时间;此外发现围岩体第一和第二主应力的应力集中发生在断层两端,方向集中指向断层,而围岩体第三主应力的应力集中发生在断层和巷道的交叉处,方向集中指向巷道。