矩形巷道围岩塑性区宽度研究

以极限平衡理论为基础,运用Zienkiewicz-Pande准则推导出矩形巷道围岩塑性区宽度的解析解。通过实例进行计算,利用单因素分析法分别分析了影响塑性区宽度变化的4个主要因素,得出其变化规律,并且将Zienkiewicz-Pande准则解与Mohr-Coulomb准则解和DruckerPrager系列准则解进行了对比。     

水平应力对巷道围岩稳定性的影响

采用理论分析方法研究了巷道布置与地应力场的关系,利用数值模拟方法分析了不同巷道轴线与最大水平主应力夹角的情况下,巷道围岩应力分布与变形特征。指出随着夹角增大,水平应力分布从对称变为非对称,应力降低区与升高区也发生变化;当夹角增大到一定值,非对称性逐渐降低,到90°时又出现了对称分布;巷道变形在夹角20～70°变化明显。在山西潞安常村煤矿井下进行了地应力测量,分析了地应力对巷道变形与破坏状况的影响,验证了理论分析与数值模拟结果。     

矩形与圆形巷道塑性区相关性分析——侧压系数不大于1

基于弹塑性理论对不同侧压系数下圆形巷道围岩塑性区进行了理论分析,给出了不同侧压系数下圆形巷道塑性区范围的计算公式及轮廓图像.本文将矩形巷道对围岩的影响等价于其外接圆圆形巷道对围岩的影响,并利用FLAC3D数值模拟进一步验证了圆形巷道塑性区范围计算公式及矩形与圆形巷道塑性区的相关性,得到:(1)当侧压系数不大于1时,随着侧压系数的减小,矩形、圆形巷道塑性区均呈现圆形-椭圆形-蝶形的形态变化;(2)在相同的侧压系数下,将矩形巷道对围岩的影响等价于其外接圆圆形巷道对围岩的影响时,矩形巷道塑性区范围与圆形巷道塑性区范围存在一定关系.研究成果可作为矩形、圆形巷道支护设计及稳定性分析的理论基础.     

考虑轴向应力影响的圆形巷道围岩塑性区边界近似解

为了研究考虑轴向应力作用的巷道围岩塑性区边界问题,基于Mohr-Coulomb准则,通过引入Lode角参数,推导出考虑轴向应力作用的圆形巷道围岩塑性区边界隐性方程,通过变化巷道水平应力σ_x、轴向应力σ_y分析了不同应力场下的围岩塑性区尺寸及形态,并通过数值模拟进一步说明了理论分析的可靠性。此外还研究了围岩黏聚力C、内摩擦角φ、巷道半径R、泊松比v对巷道围岩稳定性的影响。结果表明：(1)固定轴向侧压变化水平侧压的条件下,围岩塑性区尺寸变化会分为敏感区和迟钝区,且在水平侧压变化的过程中围岩塑性区形态会呈现圆形、椭圆形及蝶形3种形态。(2)固定水平侧压变化轴向侧压的条件下,围岩各位置的塑性区会呈现强烈的区间效应,通过与平面应变问题下的塑性区尺寸对比将区域分为轴向应力影响区和轴向应力无影响区。在轴向应力影响区内,轴向侧压的变化对围岩的塑性区尺寸影响较大。(3)巷道围岩的破坏形态由水平侧压η1决定,轴向侧压η2对塑性区形态影响较小,对尺寸影响较大。(4)围岩C、φ的增加会使巷道围岩的塑性区尺寸不同程度的减小,R的增加会使围岩不同位置塑性区呈等差数列增大。...     

侧压力对巷道塑性区分布规律影响的研究

为了研究不同侧压力对巷道围岩塑性区分布规律的影响,首先基于巷道围岩的应力分布特征计算出围岩应力,然后以摩尔-库仑强度准则推导出巷道塑性区的边界方程。通过理论计算出了不同侧压力下巷道围岩塑性区的变化规律,并以数值模拟进行了验证,得出了不同侧压力系数下圆形巷道塑性区的分布规律,此分布规律与现场实测一致。     

矩形巷道围岩应力分布规律模拟试验研究

矩形巷道围岩应力分布规律较为复杂,且与地应力、地质构造、围岩岩性等因素有关。在理论分析的基础上,采用相似模拟试验的研究方法,通过对不同围岩强度等级的矩形巷道围岩应力分布规律开展研究,进一步揭示矩形巷道开挖后围岩的次生应力场分布规律。研究结果表明:矩形巷道开挖后帮部重分布的次生应力场会形成较高的集中应力,应力集中系数平均达到3.0;矩形巷道围岩的应力转移及分布是一个复杂的动态变化过程,其变化与围岩的强度有很大关系。     

两向不等压巷道围岩塑性区影响因素研究

为探讨两向不等压巷道围岩塑性区的分布规律,以淮北许疃煤矿-500 m水平81采区南翼轨道大巷为工程背景,利用Abaqus数值模拟软件,采用控制变量法,对两向不等压巷道围岩塑性区的影响因素及其规律展开研究。结果表明:塑性区受地压大小、侧压系数及围岩岩性的影响较为显著;巷道半径及支护虽然对塑性区的大小有一定的影响,但并不明显,且对塑性区形状的影响几乎可忽略。根据影响规律的研究,提高围岩岩性和降低主应力差是控制巷道围岩塑性变形2种有效手段。     

岩体强度衰减多线性模型与巷道围岩塑性区

建立了岩体多线性强度衰减力学模型，无限逼近岩体全应力－应度曲线的后破坏段，更好地描述了岩体塑性软化后强度降低的特点，适用于巷道围岩塑性区应力的分析计算。     

高应力软岩巷道围岩塑性区恶性扩展过程及其控制

以曲江煤矿-850 m东大巷延伸段深部高应力软岩巷道为工程背景,采用理论分析、数值计算、现场试验等手段,分析了高应力软岩巷道围岩塑性区的产生、形成过程。塑性区的发展一般经历5个阶段,即塑性点的出现、塑性环的形成、塑性环局部畸变、塑性区非均匀扩展、塑性区恶性扩展等。认为巷道围岩失稳主要是塑性环的局部畸变导致了塑性区的恶性扩展所致,要控制巷道围岩稳定,关键对策是控制塑性环的局部畸变,其次是控制塑性区的恶性扩展,使围岩塑性区尽可能均匀缓慢发展。根据塑性区控制原理,提出了"锚网索喷+底板锚索+局部锚索或注浆加强"的支护方案并在该巷道实施。数值计算表明,该巷道塑性区总体均匀发展,没有发生恶性扩展。现场监测结果显示,所采用的支护方案较好地控制了围岩。     

侧压系数对马头门围岩应力的影响研究

通过三维数值模拟,研究了不同水平应力作用下马头门部位围岩应力分布规律,对马头门的开挖及支护具有一定的理论指导意义.     

圆形巷道围岩塑性区大小分析

为进一步研究轴对称的圆形巷道塑性区大小,通过用Hoek-Brown强度准则得到的塑性区半径的解析公式。针对不同性质的岩体,分析了在不同支护反力下塑性区半径的变化规律,分析结果表明:岩石质量、坚硬程度以及支护反力对塑性区大小的影响显著;圆形巷道塑性区的半径随岩石质量、坚硬程度、支护反力的增大而减小;当巷道围岩岩体质量达到一定程度的时候,围岩的支护反力在较小的情况下就会出现巷道围岩不存在塑性区域。     

原岩应力对圆形硐室围岩塑性区的影响分析

为了探究原岩应力对塑性区应力的影响,采用SMP(Spatially Mobilized Plane)屈服准则对轴对称的圆形硐室进行理论分析,利用硐室周边和硐室围岩弹塑性交界处的应力边界条件,分别得到了塑性区的应力和硐室的支护力与原岩应力的关系式;研究表明,硐室围岩塑性区的应力和硐室支护力不仅仅与围岩的力学性质有关而且还与原岩应力有关。通过算例分析了原岩应力对塑性区的应力和硐室支护力的影响,分析结果表明:塑性区的应力会随着原岩应力的增大而增大,并且在不同深度处,沿着硐室围岩深部逐渐增大,并且塑性区的应力和支护力均与原岩应力存在明显的线性关系。     

最大水平主应力对巷道围岩稳定性的影响研究

基于金川三矿实测地应力和某分段巷道,采用理论分析,得出了σHv型应力场下巷道的最优布置夹角,针对最大水平主应力与巷道轴线呈不同夹角时的巷道布置,采用FLAC3D数值模拟软件进行数值模拟,对其应力分布、塑性区分布和围岩位移进行对比研究。结果表明,在σHv型应力场下,巷道的最优布置方式是与最大水平主应力成某一角度;当夹角达到一定程度时,巷道顶底板会出现大小相当的环向应力;引起巷道底板变形破坏的重要原因是水平应力。     

一种矩形煤巷塑性区宽度的计算方法

通过对岩石力学中经典弹塑性问题的分析方法进行研究,以极限平衡理论为基础,结合应力平衡原理,提出1种计算矩形煤巷塑性区宽度的新方法。应用工程实例和数值模拟对这种新方法进行验证,结果表明,该方法的计算结果与数值模拟结果和工程实际情况均比较吻合,新方法与其他方法相比更精确,能够为煤矿巷道支护设计提供更准确的设计参数,新方法在实际工程中具有应用价值。     

矩形巷道围岩应力分布的复变函数解

为确保煤矿深部开采中矩形巷道的安全,需了解巷道附近围岩的应力分布及其影响因素。采用复变函数的方法,研究双向压力作用下的矩形巷道,得到了围岩中应力的解析解。给出了沿巷道边和水平轴的应力分布,并讨论了矩形巷道的长宽比和面积对应力的影响。结果表明:在矩形巷道的角点处,有应力集中的现象,应力分量都达到了最大值;随矩形巷道长宽比增加,应力最大值增加;长宽比相同时,改变矩形巷道孔口的面积,应力分布不会改变。     

基于霍克-布朗准则的巷道围岩塑性区估计

 为了研究巷道开挖后巷道围岩的塑性区分布规律,首先分析巷道围岩的应力分布特征,在计算出围岩应力的基础上,依据霍克—布朗强度准则推导出圆形巷道围岩的弹塑性分界限。本文通过理论计算得出在不同侧压力、不同地应力、不同m值、不同s值情况下巷道围岩的塑性区,并通过数值模拟进行对比,分析得出巷道塑性区的演化规律,对实际工程有一定的指导作用。     

侧压系数对加圆角矩形巷道稳定性的影响

为探究水平应力对新形式矩形巷道稳定性的影响,通过有限元软件ANSYS模拟出在不同侧压系数的作用下,加圆角的矩形巷道稳定性的变化规律。结果表明随侧压系数增加,巷道顶部塑性区范围减小,径向位移减少,两帮塑性区范围增加,径向位移增加。