孔隙水压对岩体蠕变影响研究

将巷道围岩视为多孔介质,考虑地下水渗流作用的影响,应用弹性力学理论以及粘弹性蠕变力学理论,导出了巷道围岩的应力、应变、位移等的分布规律,以及它们与孔隙水压力之间的关系;找到了影响蠕变的又一主要因素———孔隙压力,建立了深部岩体非线性蠕变的力学模型和数学模型。     

巷道围岩蠕变分区破裂化范围的确定

在分析巷道围岩分区破裂化特性的基础上,建立了巷道围岩蠕变破裂化力学模型,推导出巷道蠕变破裂带计算半径公式;在方庄一矿560 m水平运输大巷观测了巷道围岩深部分区破裂化现象,并绘制出围岩的分区破裂图。其结果为该巷道的支护方案提供一些理论参考。     

金川矿区深部高应力碎胀蠕变岩体支护对策

金川矿区岩石力学与巷道支护的研究已有几十年的历史，但是随着矿山开采深度的增大和大面积开采的采动影响，深部巷道围岩表现出明显的碎胀蠕变特性，巷道支护问题己成为矿区可持续发展的关键，通过分析巷道围岩的应力规律、特性，以及对目前使用支护形式的分析，提出深部巷道围岩的支护对策。     

深井巷道围岩锚固体流变控制力学解析

围岩流变是深井巷道变形破坏的主要特征,通过相似材料无锚体及锚固体蠕变实验,得出了锚固体蠕变特征及控制模式,建立了深井巷道围岩锚固体流变控制力学模型,分析了各因素对围岩锚固体流变稳定性的影响,确定了基本锚杆支护参数,最后进行了工程算例与实测对比。结果表明：锚固体流变的基本特征有别于无锚岩体,不仅表现出锚固体位移比无锚岩体位移小,而且锚固体呈现等速蠕变阶段时间长及蠕变应力水平高的特点,且锚固体存在明显的蠕变二阶段（主要）或三阶段（次要）特征;巷道围岩锚固体流变稳定性主要与围岩所处应力水平、锚固厚度、断面尺寸及加锚弹性模量有关;合理的锚杆支护参数能够实现巷道围岩锚固体流变稳定,实测数据与理论计算较为吻合,巷道支护效果显著。     

深部巷道钻孔卸压围岩弱化变形特征与蠕变控制

采用数值模拟、理论分析及工业性试验等方法,分析了深部钻孔卸压巷道围岩蠕变规律,指出巷道卸压后蠕变随卸压程度的增加而加大,揭示了卸压巷道围岩弱化变形特征:卸压钻孔闭合后,失去了转移围岩应力及补偿变形的能力,巷道尤其是卸压部位围岩破碎程度的增加缩短了稳速蠕变时间,围岩加速蠕变将诱发巷道整体变形加剧,不利于巷道稳定。指出合理的二次支护是控制卸压巷道蠕变的有效手段,分析了二次支护时机、锚注强度及范围对卸压巷道的蠕变控制效果,提出了深部钻孔卸压巷道围岩蠕变控制对策,确定了二次支护时机、支护强度等关键参数,设计了巷道加固方案。现场试验结果表明,巷道蠕变控制效果显著。     

蠕变状态下千米深巷道长期非对称大变形机制与控制技术

为了探究千米深巷道的非对称变形原因,解决此类巷道的长期稳定性控制难题,以华丰矿-1100 m中央变电所为工程实例,分析了巷道的长期非对称大变形特征,并采用蠕变力学实验、力学理论分析结合计算机数值模拟的研究手段,对深部巷道的非对称性变形与高地应力场环境、巷道围岩空间产状结构以及围岩长期蠕变特性之间的关系进行了研究,阐述了深部巷道的非对称变形机理为:巷道断面内围岩结构的不对称会导致巷道产生非对称变形趋势,而深部高水平应力下巷道断面内不同强度围岩的长期蠕变差值是造成巷道非对称变形的主要原因。针对上述问题,提出了"初次锚网喷+二次钢管混凝土支架+关键变形部位补偿加强支护"的控制对策。根据现场实践应用,该支护体系很好地控制了深部巷道的非对称大变形和长期稳定性问题,巷道支护后4个月内的变形观测数据较原始支护方式有了很大降低,应用效果良好。     

蠕变和中间主应力影响下围岩变形分区弹塑性分析

考虑蠕变和中间主应力的影响,基于巷道变形稳定后围岩的峰值应力应为一定围压下岩石的长期强度的观点和统一强度理论,同时考虑围岩峰后阶段的应变软化和扩容特性,求得了围岩变形分区的弹塑性解析解。最后通过实例分析了蠕变和中间主应力对围岩应力、位移和塑性区半径的影响。研究表明：当忽略蠕变的影响时,一定程度上高估了围岩岩性,塑性区半径的理论结果仅为3.05m,与现场实测结果5.5m相差较大,当考虑蠕变的影响时,塑性区半径的理论结果为5.68m,接近于实测结果|验证了围岩的位移及塑性流动区半径随中间主应力增大而减小的性质,在设计支护时可适当考虑增大中间主应力。研究结果可为软岩巷道的支护力学计算及支护方案设计提供参考。     

软岩巷道二次合理支护时间的确定

针对软岩巷道围岩破坏性强、难支护的特性,提出了软岩巷道二次合理支护时间的确定方法,用于指导工程实践。从岩石应力-应变关系、蠕变过程、长期强度和能量耗散的角度进行软岩巷道的流变破坏机理分析。采用圆形断面巷道及西原模型,结合弹性力学基本解与西原模型本构关系,引入损伤变量,应用拉普拉斯变换及逆变换,并求导得到围岩变形速率方程。通过蠕变试验结合最小二乘法拟合或者位移反分析法求出蠕变参数,进而确定软岩巷道围岩二次合理支护时间,对于地下支护理论设计具有一定的指导意义。     

基于复变函数不同形状的巷道围岩应力分析

深埋巷道开挖后围岩应力重新分布,影响巷道稳定。因此分析巷道围岩二次应力分布状态对于评估围岩稳定性或设计支护参数具有重要意义。目前岩石力学相关理论中讨论了圆形巷道、椭圆形巷道和矩形巷道二次应力弹性分布特征,缺乏对六边形巷道的分析。本文从弹性力学的孔口问题为切入点,基于复变函数理论,通过保角变换将矩形、六边形巷道转化为单位圆,结合弹性力学理论建立了矩形、六边形巷道围岩分析的力学模型,并分析得到巷道围岩应力分布的解析解。将解析结果与数模拟分析结果对比可知,相同结构巷道围岩二次应力分布一致且大小基本相同,就应力集中情况而言,六边形巷道优于矩形巷道。     

软岩巷道锚杆支护及锚杆延伸率

根据岩石力学原理，简述了软岩巷道锚杆支护的机理，指出锚杆失效、巷道矢稳的上要原因是锚杆的延伸率和围岩变形不相协调。提出了用弹塑性理论求锚杆延伸率的理论公式以及现场实测方法，分析了锚杆延伸率与围岩力学参数的关系。     

深部高应力软岩巷道围岩流变数值模拟研究

针对深部高应力软岩巷道围岩变形量大、变形速率快、持续时间长、流变性强的特点,采用Burgers流变模型,基于FLAC3D进行了巷道围岩流变数值模拟研究,得到了巷道埋深-时间蠕变曲线、侧压力系数-时间蠕变曲线、弹性模量-时间蠕变曲线及黏滞系数-时间蠕变曲线,分析了它们对巷道围岩流变的影响规律.     

深部高应力巷道围岩松动圈数值模拟研究

针对深部高应力巷道围岩软弱破碎、巷道变形大、长期蠕变、支护损坏严重的特点,基于围岩松动圈理论,运用FLAC3D进行了巷道围岩松动圈数值模拟研究,得到了巷道埋深-围岩松动圈变化关系,巷道断面形状-围岩松动圈变化关系,岩体黏聚力-围岩松动圈变化关系及岩体摩擦角-围岩松动圈变化关系,分析了它们对巷道围岩松动圈形成及发展的影响规律。     

不同埋深条件下深部巷道变形特征分析

针对深部巷道围岩支护难、变形大等特点,理论分析了深部巷道围岩变形破坏特征、围岩力学特性以及应变软化理论。数值模拟分析了不同埋深条件下沿帮部路径的应力水平、顶板应力差峰值和所处围岩深度关系、深部巷道塑性区和残余区变化规律以及巷道埋深和位移的关系。研究为深部巷道支护参数设计提供了理论基础。     

软岩巷道蠕变与湿度应力场耦合研究

通过对龙口北皂矿H2101海域工作面矿区煤层底板矿物成分分析、岩样的膨胀性试验以及对巷道底板含水状态和围岩蠕变的实测,得到有关软岩巷道的围岩岩性参数和实际蠕变规律。运用湿度应力场理论的数学模型方法对软岩巷道的遇水软化和膨胀特性进行了分析,根据湿度应力场理论推导出膨胀软岩本构方程,在实际软岩巷道围岩稳定性控制中得到了应用。     

基于围压增量的岩石峰后蠕变试验研究

为研究围压增量对岩石峰后蠕变过程的影响,使用MTS815岩石力学试验系统,对加工成型的岩石试件进行三轴等应力蠕变实验,在峰后恒载蠕变之前对试件施加围压增量,得出增加围压后的岩石峰后蠕变曲线并分析研究.结果表明:主动增加围压改变了试件蠕变变形特性,其蠕变曲线出现了明显的减速蠕变阶段,岩石变形速率显著降低,失稳破坏时间大大延长.这一蠕变规律为矿井巷道支护参数的确定提供了新的理论参考,巷道围岩破裂失稳时间对围压增量的敏感性值得更深入的研究.     

沿空留巷巷道围岩变形破坏特征及影响因素研究

为了研究沿空留巷巷道围岩变形破坏特征及影响因素,采用理论研究、数值模拟和现场实测相结合的方法,研究了沿空动压巷道围岩结构分类、沿空动压巷道围岩变形破坏特征以及围岩变形破坏影响因素。研究得出:巷道围岩层位的物理力学性质与护巷煤柱侧开挖空间的差异,把沿空动压巷道分为8个类型;围岩破坏主要集中在岩性较弱的巷道顶板以及护巷煤柱侧;影响巷道稳定性的主要因素有巷道开挖顺序与布置、构造应力、巷道支护、两次动压。研究对沿空动压巷道在采动影响下的围岩控制技术和破坏失稳机理提供了技术支持。     

全煤巷锚杆支护技术研究

针对三河尖煤矿7401工作面全煤巷道围岩状况，给出了巷道支护设计方案及锚杆支护参数，对巷道的监测结果表明，巷道经受了煤岩蠕变，煤体风化以及采动影响的考验，取得了较好的技术经验效果。     

巷道围岩承载结构弹塑性理论分析

为了分析巷道围岩承载结构与支护的相互作用,建立了圆形巷道围岩内、外承载结构弹塑性分析力学模型,应用广义Hoek-Brown破坏准则和弹塑性基本理论,得到了塑性区半径和围岩承载结构相关参数的表达式.通过实例分析了巷道围岩承载结构与围岩稳定的关系,以及支护力对巷道围岩承载结构相关参数的影响.结果表明:外承载结构位置、宽度以及塑性承载结构宽度与巷道围岩变形量及塑性区范围密切相关;随支护力增大,巷道围岩承载结构越靠近巷道周边.     

巷道支护控制蠕变机理分析及参数设计

为了解决深部矿井巷道支护的难题,建立了弹塑性变形软岩巷道力学模型,理论分析了支护机理和巷道表面位移、速率随时间变化曲线,研究了支护结构极限承载能力,然后对巷道支护进行了参数设计。研究得出:巷道围岩的表面位移和时间呈正比关系;选择一定的时间节点,对巷道进行再次支护,可以实现对巷道蠕变的有效控制;全断面注浆+锚索梁支护可以有效增加巷道支护阻力和巷道围岩松动圈的自身承载能力,保证了巷道的稳定性。     

断层穿过上覆围岩巷道破坏力学机理及控制技术研究

为揭示断层穿过顶部围岩巷道的破坏力学机理，以普朗铜矿底部结构断层巷道为研究背景，基于弯矩-应变能理论，从受断层影响巷道围岩力学行为角度出发，建立断层穿过上覆围岩的巷道破坏力学机理模型，揭示巷道断面不同部位围岩因弯矩产生集聚应变能而破坏的力学机制。分析不同侧压力系数条件下断层穿过上覆围岩巷道的破坏特征，不同侧压系数λ下，巷道围岩受力环境的优劣为：λ=1最优，λ<1次之，λ>1最不利；巷道断面不同部位围岩弯矩(应变能)从大到小依次为：巷道底部围岩、巷道拱部围岩、巷道直墙中部围岩，巷道底部围岩弯矩值最大，集聚应变能最大，最易先发生破坏，是应重点加强支护的部位。综合分析现场巷道不同部位围岩破坏情况及现场变形位移监测数据，结合过断层巷道围岩破坏力学机理，提出区域化耦合支护技术思想，实现对过断层巷道破坏围岩有效控制。