大倾角采场围岩应力分布及矸石充填特征的倾角效应研究

煤层倾角是造成大倾角采场采动力学行为呈现复杂性、特殊性,诱发众多灾害事故的重要因素之一,为揭示煤层倾角对大倾角采场围岩控制及矿压显现特征的影响规律,采用物理相似模拟和数值计算相结合的研究方法,在综合分析了大倾角工作面顶板破断运移及矸石滑滚充填特征的基础上,利用有限元−离散元(FLAC2DPFC2D)耦合算法建立了不同倾角的大倾角采场耦合数值模型,研究了大倾角采场围岩应力分布及矸石充填特征的倾角效应。结果表明:①采动作用下,大倾角采场顶底板内围岩应力均呈非对称拱形分布,随着煤层倾角增大,拱形垂直应力释放区范围和向上部偏移程度逐渐增大,但水平应力释放区范围和应力值逐渐减小,无论是垂直应力还是水平应力都易在工作面上下端头顶板处出现应力集中,但最大集中应力会随煤层倾角的增大而减小;大倾角工作面顶底板内应力大小和传递方向均存在非对称特征,随着煤层倾角增大,工作面顶底板应力拱高逐渐降低,围岩应力的传递方向以围岩涌向采出空间为主,由初始近似竖直方向逐渐偏转趋于工作面垂向。②工作面顶板破断及矸石的滑滚充填具有时序性和分区演化特性,并随煤层倾角的改变而呈现一定的倾角效应。随着煤层倾角增大,直接顶的初次破断位置将逐渐向工作面倾向上部区域转移,同时由于重力沿工作面倾向的分力变大,矸石沿倾向的充填程度更为密实,但充填长度减小,工作面中上部区域高位岩层的破碎程度和空洞范围增大。③采空区内矸石对围岩的作用机制主要体现在提供侧向应力和竖向支撑2个方面,且受矸石重力作用影响较大,会随煤层倾角改变呈现较强的倾角效应。

浅埋偏压岩溶隧道围岩应力特征分析

为研究溶洞对浅埋偏压隧道开挖围岩应力分布的影响,以建新隧道浅埋偏压段为工程案例,运用FLAC3D软件建立二维数值分析模型,对比分析不同施工阶段围岩应力分布及应力比值。分析结果表明:溶洞处于深埋侧拱腰方向时,会导致围岩应力集中位置从拱肩向边墙脚处转移,提高围岩整体偏压程度,该现象在拱肩处最为显著。

隧道风氧化带软弱围岩应力演化及变形机制

我国重大隧道工程建设正处于高峰期,我国已成为世界上隧道建设数量、规模和难度最大的国家,而隧道软弱围岩大变形机制是制约我国实现交通强国战略目标的重要科技难题之一。以甘肃马坞梁隧道工程为例,基于原位监测和数值模拟技术,对隧道风氧化带段软弱围岩变形机制进行了研究。通过在隧道的围岩-初期支护、初期支护-二次衬砌部位布设原位监测点,并建立大角度穿过风氧化带的双洞隧道数值模型,研究了隧道围岩不同部位的应力演化特征。结果显示:隧道开挖后,隧道围岩与支护结构间应力呈现初期快速增长、中期缓慢增长、后期逐渐稳定的趋势;隧道软弱围岩的应力分布具有极强的时空效应,风氧化带段软弱围岩在隧道掘进扰动条件下与衬砌的相互作用逐渐减弱;不同软弱围岩段(砂质板岩段和风氧化带段)围岩变形特征及应力分布呈现出明显不同的演变规律。研究成果可为国内同类型软弱围岩隧道掘进提供参考。

煤层群上下保护层开采围岩应力及裂隙演化规律研究

为实现煤层群上下保护层开采过程中被保护层卸压瓦斯的高效抽采,采用数值模拟方法研究上下保护层开采后围岩应力、裂隙分布及演化规律,探明上下保护层开采的卸压瓦斯富集区。研究结果表明:下保护层开采后,被保护层工作面上侧覆岩卸压高度明显大于下侧覆岩卸压高度,次采上保护层后,增大了被保护层卸压范围。下保护层开采后被保护层走向卸压角为63°,倾斜上下边界卸压角为87°、72°。上保护层开采后被保护层走向卸压角为59°,倾斜上下边界卸压角为76°、79°。经过保护层卸压后,被保护层抽采卸压瓦斯纯流量相比卸压前呈现10余倍增大,卸压瓦斯抽采具有明显的时空效应。

跨活断层隧道围岩应力变化监测技术的应用

本文详细介绍了一种创新的三维应力变化监测系统,该系统基于先进的光纤光栅传感技术,专门设计用于长期监测跨越活断层隧道的围岩应力变化。通过精确捕捉和记录隧道围岩在震后的应力变化数据,该系统为隧道工程的安全性提供了有力保障。这一研究成果不仅有助于深化对地震活动影响隧道结构的理解,还为隧道工程的长期稳定性评估和维护提供了重要依据。

断层对大跨度隧道围岩应力影响的有限元分析

运用有限元法的基本原理,依托处于设计阶段的惠州—深圳牛湖山双洞六车道高速公路隧道这一实际课题,对断层所在区段的围岩应力状态进行数值模拟和分析,并探讨断层位置对围岩施工力学响应的影响,总结断层地段大跨度隧道围岩应力的一些分布规律,为该隧道及类似工程项目今后的设计施工提供合理的参考依据。

高地应力环境下硐室开挖围岩应力释放规律

为研究高地应力环境下硐室掘进引起的围岩应力时空变化规律,以某地下工程模拟试验硐为例,开展了原地应力测量,应用压磁电感法高精度应力测试系统对地下硐室挖掘过程中围岩应力变化的全过程进行了跟踪监测。结果表明:高应力区试验硐掘进引起的围岩应力变化有应力释放、应力调整和应力平稳3个阶段;垂直于硐壁方向的应力变化最显著,距离硐壁0.6 m处原地应力基本完全释放;平行于硐壁方向的应力变化较小,释放掉原值的20%,应力在放炮时瞬间释放完毕;观测到最小主应力在调整阶段有2 MPa左右的应力加强现象。

深埋巷道地应力测量及围岩应力分布特征研究

基于淮南矿务局潘一矿的水压致裂法地应力测量结果及围岩应力分布特征研究,可以得出如下初步结论:(1)-790m高程东翼矸石胶带机大巷区地应力以构造应力场为主,其最大原岩水平主应力值大于28.33MPa,岩石单轴饱和抗压强度与最大水平主应力比值为5.82,属高应力区;(2)在高地应力作用下巷道围岩塑性区从洞周向深部逐渐扩展,同时围岩应力也在塑性区向纵深方向逐渐增大,受围岩弱化的影响,围岩应力在约2倍洞径处应力达到最大值,然后再降低并趋于原岩应力;(3)底板轨道大巷对顶板围岩应力分布的影响范围大于6倍洞径,远远超过根据传统弹性力学计算的3倍洞径影响范围。研究表明,深埋巷道围岩应力分布特征有别于传统的浅埋巷道,可为类似巷道围岩的变形破坏机制分析以及巷道加固支护提供参考。

围岩应力释放率对双联拱隧道施工影响研究

在进行隧道施工过程数值模拟计算中,围岩压力的释放率是一个很难准确给定的参数,但其对隧道围岩的稳定性却有着极其重要的影响。通过对Ⅱ类围岩双联拱隧道不同施工环节围岩压力释放率的研究,围岩应力释放率对围岩的应力影响不明显,但位移随应力释放率的增加而增大。初期支护对地应力的瞬间释放率比较敏感,特别是锚杆应力变化较大。中隔墙对地应力的瞬间释放率敏感程度较小,且最终应力随应力释放率的增加而略有降低。

某深埋长隧地应力演化及围岩应力位移模拟研究

结合西部地区某深埋长大公路隧道信息化施工 ,对深埋长隧地应力演化及围岩应力位移进行了弹塑性有限元数值模拟研究。研究结果表明 ,隧道轴线现代地应力状况与隧道埋深、地层岩性及构造发育程度有关 ,最大地应力为40 0MPa左右 ;隧道周边围岩应力在曲边墙底部最大 ,约 3 8 0MPa ,隧道开挖引起的围岩应力影响范围约 2 5 0m ;隧道水平收敛和拱顶下沉位移与隧道埋深近于成直线关系。这些研究结果为深埋长隧信息化设计和施工以及围岩稳定性分析提供了科学依据。

巷道围岩应力变化规律及其对封孔质量的影响作用

封孔质量与巷道围岩应力变化规律关系密切,对准确测定煤层瓦斯压力具有十分重要的作用。文章应用FLAC软件建立了巷道岩体模型,模拟了巷道周围不同位置点围岩应力的变化特征,提出了封孔最小长度应超过围岩应力变化趋于平衡点位置的观点,分析了围岩应力变化对封孔质量的影响,通过曲线拟合得出了封孔最小长度随围岩应力呈幂函数变化的规律,并与现场封孔的实测数据进行了对比验证。研究结果对现场准确封孔测压具有十分重要的理论指导意义。

倾斜软硬互层隧道破坏过程的围岩应力研究

文章结合重庆南涪高速公路鸭江隧道工程,进行了倾斜软硬互层隧道破坏过程的模型试验。试验结果表明,隧道的破坏从左侧边墙周围的软弱岩层开始。根据破坏特征可以将隧道破坏过程分为五个阶段,且隧道围岩的破坏会导致围岩应力的卸荷效应。采用有限元软件建立数值模型分析隧道破坏过程,数值计算结果表明:围岩的最大主应力极值始终位于隧道左侧拱腰处,与隧道最先破坏的位置不一致。从拱顶路径的应力分布分析,围岩的第三主应力为最大主应力。由于软硬岩层的岩性不同,围岩应力沿应力路径表现出震荡式变化。在隧道破坏的第一阶段,压力拱范围约为隧道开挖跨度的1.35倍。研究结果对类似隧道工程具有重要的参考价值。

露天矿端帮开采参数计算分析与围岩应力数值模拟研究

对安家岭露天矿端帮采煤主要技术参数进行了理论计算与分析 ,并应用FLAC数值模拟软件对端帮开采煤柱间围岩应力动态演变过程进行了模拟研究 ,得出端帮开采煤柱间应力是相互影响的 ,围岩垂直应力分布由“微马鞍形”向“马鞍重叠”及“平缓马鞍形”转变的动态演变规律 ;安家岭露天矿端帮采煤在采宽累计超过 80～ 10 0m时 ,围岩应力基本趋于稳定 。

管状填充性椭圆形溶洞的围岩应力弹性解析分析

为分析含管状填充性椭圆溶洞的围岩应力,将实际工况简化为计及椭圆孔洞内压(q)的双向受压无限平面应力问题;以平面弹性复变方法为基础,把z平面椭圆外域保角映射到ξ平面圆外域,利用留数定理推导简化力学模型的2个复势函数φ1(ξ)和ψ1(ξ)的表达式,得到围岩任意一点应力分量(σρ,σφ,τρφ)的解析通式。随后,导出由孔洞内压产生的孔口附加应力场,讨论孔口应力随椭圆形状与围岩侧压系数λ的变化规律。研究结果表明:q产生的附加应力在孔口与x轴、y轴相交处分别有最大值、最小值;圆形孔洞无内压时,孔口应力的最大值随λ的增大而减小,最小值与λ无关。

内压对管状双椭圆洞室围岩应力影响的解析解

以管状双椭圆高水压洞室围岩应力为研究对象,将该问题简化为混合边界的双椭圆孔平面应力计算模型。基于平面弹性复变理论,通过保角映射、Cauchy积分及留数定理等方法,求解了具有单椭圆内压孔的两个平面应力复势函数;采用Schwarz交替算法,推导了具有双椭圆内压孔无限平面内任一点的应力分量表达式。据所得表达式,编制了Matlab计算程序,研究了无限平面含双洞室或双椭圆洞室的4个算例,分析了内压及两孔相对位置对围岩应力的影响。研究结果表明:两洞室均无内压时,水平对称双椭圆洞室的左孔口0°(或右孔口180°)处有最大切向应力;各孔口的最大或最小切向应力均随内压的增大而减小;当两孔中仅一孔含内压时,两孔孔口应力随内压的增大而或增或减,具体视孔壁位置而定。

浅埋煤层长壁开采围岩应力场特征研究

利用数值模拟及现场观测,研究了浅埋深长壁工作面围岩应力场特征,得出上覆岩层中可形成承压拱结构,该结构能否稳定存在直接关系到工作面矿压显现,并提出将承压拱结构能否稳定存在作为判别某一煤层是否为浅埋煤层的方法。分析了采高和工作面长度对承压拱结构稳定性的影响程度,结果表明:采高对承压拱结构的临界高度及结构稳定性影响十分显著,当采高达到一定值后,上覆岩层中不能形成稳定的承压拱结构;工作面长度对于承压拱结构的稳定性具有很大影响,但当工作面达到一定临界长度时,再加长工作面对覆岩结构稳定性影响程度降低。

钻屑法探测巷道围岩应力及预测冲击危险新探究

文章以跃进煤矿23130工作面下巷为例,利用插值法把巷道掘进期间的钻屑数据连接起来,获得整条巷道的煤粉量数据;再根据煤粉量、围岩应力、冲击地压三者之间的关系,给出了整条巷道不同区段的冲击危险等级。实践证明,预测的结果与事实相符。

浅埋隧道施工中围岩应力分析

以某隧道为背景,对浅埋偏压公路隧道在CRD法开挖条件下进行施工力学数值模拟和现场监测监控.分析开挖过程中围岩应力的变化情况,并将模拟结果与现场监测结果进行比较.结果表明:浅埋偏压隧道开挖后,围岩应力场并不对称,深埋侧的变化程度大于浅埋侧;在每一个开挖步骤前后,围岩应力变化较大;钢弦式传感器能够记录围岩应力释放的情况.

矩形巷道围岩应力解析解

为得出矩形断面巷道围岩应力分布特征,采用复变函数解法对矩形巷道围岩弹性应力进行解析,得出了应力分量的曲线坐标表达式;分析了巷道高宽比和侧压对围岩应力的影响。结果表明,高宽相等时巷道最大应力最小,边界最大应力随侧压系数增大而增大。无论侧压和高宽比如何变化,四角附近区域应力集中系数均最大。同高宽比情况下,随侧压增加,矩形巷道径向应力的峰值近似呈线性增加,环向应力峰值减小,径向应力和环向应力峰值均向围岩内部迁移。相同侧压下,随巷道高宽比增大,径向应力和环向应力峰值均向围岩内部迁移。相同高宽比和侧压下,距离巷道右帮越远,径向应力越大,环向压应力先增后减。

掌子面推进过程围岩应力及裂隙发育规律

利用数值分析软件,借鉴Griffith裂隙优势发育角度理论,对锦屏二级水电站施工排水洞SK11+000桩号段掌子面推进围岩应力量值、方向及裂隙优势发育规律动态变化过程进行研究。研究结果表明:开挖至监测面一倍洞径(D)距离时,最大主应力及主应力差值开始增加;穿过监测面时,中主应力及最小主应力突然降低,表现明显卸荷特征;穿过监测面后,洞壁不同部位围岩最大主应力分别表现增加与减小不同变化,2倍洞径距离(2D)后主应力量值基本趋于弹性力学解析解。掌子面推进过程中侧壁最大主应力倾角变化不大,一般保持90°左右,仅在0.25D范围内发生较小变化,到达监测面附近时倾向发生较大变化,穿过监测面后则逐渐发展至水平垂直洞轴方向;洞顶最大主应力倾向与倾角主要在掌子面接近监测面0.25D距离时开始变化,穿过监测面0.25D距离后,则基本保持竖直垂直洞轴方向。微裂隙优势发育角β随主应力大小变化而变化,侧壁围岩β一般减小,洞顶不同部位岩体β存在减小及增大不同变化;研究结果可为工程区围岩裂隙化问题的研究及支护工程设计提供参考。