高应力软岩巷道围岩变形破坏研究

 以某有色金属矿山巷道为例, 给出了高应力软岩的定义, 论述了高应力软岩的特征、形成条件以及高应力软岩巷道围岩的变形破坏特征和类型, 分析了巷道开挖前后地应力状态的变化及其对围岩变形破坏的影响, 并从岩体和工程岩体围压状态变化和强度变化角度探讨高应力软岩围岩的变形破坏机理。     

回采影响下煤层巷道围岩变形破坏数值模拟

为研究回采影响下煤层巷道周围岩石的破坏情况,通过数值模拟周围岩石破坏力学模型,使用FLAC3D构建煤层巷道三维模型,对两种支护条件下进行模拟分析,在煤柱宽度不同的情况下分析两种方案的优越性。软岩巷道的数值模型是通过有限差分原理构建,通过分析预留煤柱的大小来分析应力场的分布规律,计算结果对现场的施工具有优化作用,利用监测手段获得锚杆及锚索的受力状态,来验证数值模拟的可靠性和支护结构设计的正确性。     

岩体各向异性与巷道围岩应力分析

各向异性弹性理论主要研究材料弹性对称性质的确定及弹性问題的解法等两方面内容。本文通过建立各向异性弹性常数的不变量方程,导出一种在非弹性对称坐标系下确定正交各向异性岩体弹性对称性质(主弹性常数及主轴方向)的理论方法.应用摄动理论,本文给出求解正交各向异性体弹性平面问題的摄动解答,并计算出一般巷道孔形围岩附近的应力分布.计算结果表明,各向异性对巷道围岩应力分布状态有显著影响。     

深部巷道围岩稳定性数值模拟研究

以某煤矿-648 m南翼回风大巷400 m的试验段为研究背景,以数值分析为手段,分析了巷道支护前后应力场、位移场、塑性区的分布情况,对巷道的稳定性和支护参数的合理性做出了评价,并将数值分析结果与现场监测数据进行对比,验证了数值分析结果的合理性。     

沿空巷道围岩变形破坏机理及控制研究

回采条件下沿空留软岩巷围岩变形与破坏是目前深地资源开采中面临的主要问题。通过室内试验方法获得岩石的基本力学参数和不同围压作用下岩石的破坏特征,通过对回采巷道破坏机理和围岩的力学性质研究,提出了可靠的支护结构方案。研究成果表明:根据采空区巷道围岩的力学特性,发现了深部开采软岩巷道的破坏规律;通过采集施工现场的岩样进行室内试验研究,提出了沿空留巷的有针对性的设计方案,以锚杆和锚索为主,共同提供支护强度。     

巷道围岩变形破坏过程中锚固力的变化规律

运用真三轴试验台，实现了锚杆支护大比例（１：４）模型试验。试验中反映出锚杆支护的围岩从开挖至失稳的全过程，即锚固围岩碎胀变形、锚固范围以外围岩碎胀变形及围岩失稳三个阶段。掌握了相应于各阶段锚固力上升、稳定、下降的变化规律，为设计锚杆支护提供了重要依据。提出可用锚杆载荷迅速下降作为围岩失稳的预警指标。     

动压巷道围岩加固技术研究

介绍了目前巷道围岩稳定性的控制方法,通过对采动巷道围岩稳定性的力学分析,以东北某矿为例,探讨了动压巷道围岩加固技术方案,并论述了相应的操作方法,控制了围岩变形,收到了良好的施工效果。     

圆形巷道围岩变形破坏的连续–离散耦合分析

基于有限差分理论及颗粒流理论,以FLAC及PFC程序为实现平台,将颗粒体模型嵌入有限差分网格内部空域,采用fish语言编译连续元与离散元计算数据传输交换函数,建立二维平面应变圆形巷道连续–离散耦合分析模型,从宏–细观角度深入开展不同围压条件下圆形巷道围岩变形破坏机制的研究。研究表明:(1)在低围压条件下,巷道开挖围岩发生弹性变形。当水平围压与垂直围压相等,相同径向距离处的围岩变形量近似相等,均指向圆心。(2)在高围压条件下,当侧压系数K1,围岩破坏主要集中在巷道顶板、底板,当侧压系数K1,围岩破坏主要集中在巷道两帮。围岩破坏形态均呈"毡帽形",帽口朝向巷道中心。(3)在高围压条件下,随着围压不断提高,破裂总数逐渐增多,而破裂孕育扩展时间不断延长。当侧压系数K=1,围岩破坏表现出明显的分区破裂化现象。     

煤矿巷道围岩稳定性快速评价方法研究

建立了煤矿巷道施工过程中围岩岩体结构的快速描述方法,提出了巷道围岩稳定的快速调查体系;通过实例说明,对围岩不稳定块体的定位方法,提出了运用SASW软件和赤平投影方法快速计算其稳定性;将水电系统的围岩分类方法BQ分类引入煤矿巷道围岩质量分级体系,建立了岩体回弹值和岩体抗压强度之间及RQD值和完整性系数之间的量化关系,通过测量岩体RQD值和回弹值即可快速确定质量级别;根据巷道围岩的失稳模式,即块体失稳和围岩变形失稳,分别提供了快速支护方式方法,为煤矿巷道围岩失稳岩体的支护设计提供了依据.     

金川二矿区巷道围岩力学参数空间效应数值分析

用有限元位移反分析法，对金川二矿区某巷道的围岩力学参数(变形模量)进行了空间效应的数值分析。分析结果表明，在岩体破碎、工程地质条件恶劣且处于高地应力环境中的金川矿区，巷道由于开挖卸荷，岩体质量下降，相应的力学参数变化很大。最后，初步得出了此巷道围岩变形模量的空间分布规律。     

含水裂隙岩体本构模型及数值模型理论研究

基于莫尔-库仑模型,结合含水裂隙岩体的本构关系及演化方程,在FLAC3D提供的二次开发程序接口基础上,利用VC++程序语言实现了计算过程,并编译成动态链接库文件进行加载和调用,得到了含水裂隙岩体的数值模型。通过一个简单数值模拟实验,验证程序的适用性和有效性,并得出采用莫尔-库仑模型模拟出的结果比含水裂隙岩体本构模型的结果要偏于保守。将含水裂隙岩体的本构模型应用于一实际巷道的开挖围岩稳定分析中,其计算结果与现场监测的数据较吻合,再次验证了该含水裂隙岩体数值本构模型的正确性,可用于含水裂隙岩体巷道的稳定性分析。     

分岔隧道的围岩应力及变形数值分析

利用ABAQUS有限元程序,建立数值模型,模拟了分岔隧道不同洞段的开挖过程,分析了围岩变形与应力分布特点。基于数值分析,提出了针对不同洞段的支护形式。工程实例证明：这种支护形式有效地改善了围岩的应力分布,控制了围岩的变形。     

基于连续损伤理论的巷道围岩弹脆性损伤分析

考虑岩石的脆性损伤特性,引入非线性的岩石脆性损伤本构模型,将损伤演化方程从一维推广到三维,建立岩石损伤变量与脆性参数的关系。将圆形巷道围岩划分为损伤残余区、渐进损伤区和弹性区,采用弹脆性连续损伤理论,对巷道围岩损伤范围及应力进行求解。当巷道周边围岩只出现渐进损伤区时,推导出巷道围岩发生不同程度损伤的极限地应力及损伤半径;当巷道出现损伤残余区时,考虑围岩破坏后仍然具有残余承载能力的特点,推导出巷道围岩损伤区半径及围岩应力的表达式。通过算例分析了岩石损伤程度和脆性强弱对巷道围岩损伤半径及围岩应力场分布的影响,研究结果表明:岩石的脆性对损伤半径的影响跟损伤程度有关,岩石脆性越强,围岩切向应力的峰值越大;岩石损伤程度越大、损伤半径越大,切向应力峰值离巷道壁面越远。     

岩堆体边坡稳定性的三维数值模拟分析

结合云南溪洛渡水电站专用线典型边坡工程,探讨和构建了复杂岩堆体的三维计算模型,讨论了其岩土指标取值和计算参数,运用三维快速拉格朗日差分法软件FLAC3D对复杂岩堆体K20段边坡进行了三维数值模拟计算,并将计算结果进行了后处理分析.根据计算结果系统分析和比较了边坡施工处理前后不同工况下,K20段边坡的稳定性,比较分析了抗滑桩、锚杆、降雨等对该段公路边坡稳定性的影响.根据稳定性分析结果,给出了溪洛渡水电站专用线该段边坡稳定性的安全评价及处理意见.     

深埋隧洞中高水压对致密围岩变形的影响程度

在深埋高围压、高水压岩石工程中,合理分析高水压对围岩的影响程度,对控制工程成本具有重要意义。为了研究高水压力对围岩稳定的影响程度,通过分析适用于岩石中的Biot有效应力原理,本文在弹性条件下推导出用常见岩石参数表示的Biot系数公式,分析总结出Biot系数不仅和孔隙率有关,随孔隙率减小而非线性减小,而且还跟岩石泊松比或者说岩性有关,其值大于孔隙率。并且提出了在特定围压和水压下,孔隙率小于某个界限值时可以忽略水压力影响,并给出了界限值的求解方法。最后通过锦屏二期水电站引水隧洞实例分析,验证了论文观点的正确性。     

破碎围岩巷道新型注浆加固工艺实验研究

破碎围岩巷道是煤矿安全生产的重大隐患之一,而注浆是破碎巷道加固的主要手段,注浆工艺的适应性对于煤矿安全生产具有重要意义。针对实验巷道极破碎围岩锚杆(索)孔成孔困难、锚固效果差等问题,采取不同的注浆工艺对巷道破碎围岩进行分区加固,并对注浆后围岩变形进行观测。观测结果表明:XV1101巷注浆加固完成后,巷道两帮变形和顶底板的移近量均比较小,两帮移近量最大72 mm,底鼓量最大为166 mm;XV1102巷注浆加固完成后,两帮移近量最大55 mm,底鼓量最大为46 mm,变形量更小。实验所提出新型注浆加固工艺对破碎巷道的加固效果较好,新的注浆工艺和注浆锚杆(索)有效地控制了巷道变形。     

基于透明岩体的深部隧道围岩变形分析

鉴于当前实验条件,无法直接观测岩体内部的变形演变过程,难以满足对岩体内部全域的变形时间效应与空间特征分析的要求,以透明岩体实验新技术为出发点,对模型隧道周边围岩的内部变形过程进行全程二维数字照相量测,得到深部隧道围岩内部变形的时空演化规律。研究发现:隧道顶部、帮部及底部的岩体径向位移都大致与隧道埋深呈指数衰减关系;隧道拱顶、拱底、左腰和右腰处岩体的径向位移都与顶部荷载呈指数递增关系;随着顶部荷载的增加,隧道顶板岩体最终将沿着两侧拱腰斜方向一定范围内两条弧线而向隧道内发生整体性剪切滑动,导致隧道失稳破坏。研究结果揭示了深部隧道围岩变形破裂时空演化机理,为深部隧道事故防治提供了依据。     

深埋双轨巷道围岩与支护结构稳定性的有限元仿真分析

采用有限元方法对深埋双轨巷道在无支护和有支护条件下围岩与支护结构的受力及变形特征进行分析,给出两种支护条件下围岩的应力分布特征、巷道周边特征点的变形(位移)大小及破坏区的范围,对支护前后巷道周边特征点处的应力、位移和屈服度进行对比分析,计算了混凝土支护结构所受内力和弯矩的大小,并给出其分布特征图。通过研究得出围岩能够自行稳定、支护结构设计参数合理和原设计方案可行的结论。     

基于统一强度理论的有压巷道覆盖岩层厚度计算

基于统一强度理论对有压巷道围岩应力进行了弹塑性分析,通过控制塑性区半径,推导出有压巷道覆盖岩层最小厚度的计算公式,当考虑不同中间主应力的影响时,用该公式可计算出一系列的覆盖岩层厚度;在实际工程中可以根据岩石性质试验确定中间主应力参数,得出合理的覆盖岩层最小厚度,从而合理地设计巷道。分析结果表明：该公式考虑了拉压强度差效应和中间主应力的影响,可以退化为其他围岩条件或其他强度理论条件下的覆盖岩层厚度的计算公式,具有较强的实用价值。     

软岩隧道施工过程中围岩位移动态响应的三维数值分析

以旦架哨3车道浅埋软岩隧道为背景,采用有限元法对上下台阶法施工过程进行了三维模拟,分析了地表、横断面和纵断面上的位移响应规律,结果与现场实测吻合较好.研究表明:隧道地表变形近似为槽形,且主要由上台阶开挖引起;对围岩变形的影响当前段开挖最大,之前段次之,之后段最小;变形主要分布在拱顶附近,且梯度集中在洞周3 ～5m;施工量测结果一般小于数值模拟结果,宜进行放大修正以弥补之前段开挖的影响.