基于蒙特卡罗法的煤巷锚杆支护结构可靠性分析

应用工程结构可靠性理论,建立煤巷锚杆支护结构可靠性模型,针对其结构稳定性的极限状态功能函数高度非线性的特征,采用蒙特卡罗法在Matlab环境下直接产生服从各相应概率分布函数的随机变量数组计算其结构可靠度,编程过程简化,计算速度快,精度高,且不受极限状态方程非线性、随机变量非正态的限制,开辟了煤巷锚杆支护结构可靠度计算的新途径。建立了支护参数与可靠度的关系,指出了提高煤巷锚杆支护结构可靠度的方法和措施,为煤巷锚杆支护参数设计和优化提供了科学依据。     

高地应力下深部硐室底鼓破坏围岩稳定性分析∗

为研究西部山区高地应力作用下深部硐室的稳定性问题,根据普氏压力拱理论,综合考虑深部硐室冒顶,片帮以及底鼓破坏,建立了高地应力下深部硐室底鼓破坏模式,基于极限分析上限法和非线性 Hoek?Brown 破坏准则,推导了该破坏模式下深部硐室的围岩压力理论公式,求解了该破坏模式下深部硐室围岩压力上限解,并将本文结果与数值模拟和已有成果进行对比分析。此外,通过该破坏模式研究了各参数对围岩压力和潜在破坏面的影响。结果表明：（1）随着初始地应力场参数中 σ_V和 λ 增大,深部地下硐室围岩压力 q 逐渐增大,硐室围岩潜在破坏面逐渐增大,其中 σ_V表现尤为显著;（2） Hoek?Brown 破坏准则参数中 GSI、σ_ci和 m_i的增大对深部硐室围岩稳定性有明显的提高效应,而 D 增加则会降低硐室围岩的稳定性;（3）随着底部压力相关系数 μ 增加,深部地下硐室顶板和两帮的围岩压力表现为减小的趋势。研究成果可为深部硐室的支护设计提拱有效的理论支撑。     

孔隙水作用下深埋硐室稳定性分析及破坏机制

为获得孔隙水作用下深埋硐室的围岩压力及其潜在破坏面,将Hoek-Brown破坏准则和极限分析定理结合,改进传统的深埋硐室“楔形体”破坏机制,并将孔隙水作用考虑到优化的深埋硐室围岩稳定性计算模型中;然后根据虚功率原理推导出孔隙水作用下深埋硐室围岩压力解析解,通过序列二次规划(SQP)算法优化得到围岩压力上限解以及拱顶、拱肩破坏范围。研究表明：Hoek-Brown准则参数中地质强度指数(GSI)、岩体常数、岩体单轴抗压强度增大时围岩压力减小,硐室的潜在塌落范围也减小,而扰动因子、岩体容重和硐室直径的增大会对硐室的稳定性产生不利影响。此外,孔隙水压力系数增大时围岩压力和塌落范围也不断增大,且随着水位线高度的增加,影响程度越加明显。     

基于Matlab优化工具箱的煤巷顶板锚杆支护结构可靠性分析

针对煤巷围岩力学参数中有许多为随机变量的特征,根据围岩稳定性极限状态方程,应用工程结构可靠性理论,分析煤巷顶板锚杆支护结构的可靠性,建立基于Matlab优化工具箱的可靠度计算模型。该法编程简单,计算速度快,精度高,程序通用性强,是一种计算煤巷锚杆支护结构可靠度的有效方法,并且分析该法计算结构可靠度的适用条件,建立了巷道顶板支护参数与可靠度的关系曲线,为煤巷锚杆支护参数设计和优化提供了科学依据。     

冻胀力效应下寒区圆形隧洞稳定性的弹塑性分析

为探讨冻胀力效应对寒区圆形隧洞围岩稳定性的影响,基于考虑冻胀力影响的寒区圆形隧洞稳定性分析模型,采用内边界应力条件(σ_r|_r=r1=σ_r1)推导广义Hoek-Brown强度准则下寒区圆形隧洞塑性区的径向应力、切向应力以及塑性区半径、松动圈半径的弹塑性解。并以实际工程案例为背景,对比分析已有研究方法(即采用外边界应力条件计算),验证内边界应力条件计算方法的可行性和优越性。结果表明：地质强度指标、岩体常数、单轴抗压强度、扰动系数、隧洞开挖半径、冻胀力对寒区圆形隧洞围岩塑性区径向应力、切向应力以及塑性区半径、松动圈半径均有明显影响。其中扰动系数影响比较显著,理想爆破情况(D=0.7)与不考虑扰动情况(D=0)相比较,计算结果相对误差达到32.2%～55.8%。冻胀力的影响非常显著,冻胀力从0增大到1.02 MPa,计算结果相对误差可达到507.1%。如果忽视冻胀力影响会严重低估塑性区的径向应力和切向应力以及高估塑性区范围和松动圈范围。