非静水压力下圆形隧洞围岩塑性区分析

【目的】针对地下圆形洞室承受非静水初始压力作用下的平面应变问题,分析围岩的塑性区范围,为评价围岩稳定性和洞室支护结构的设计提供依据。【方法】对洞室围岩弹塑性边界两侧分别采用复变函数理论和滑移线场理论得出弹性区和塑性区应力组合表达式,根据弹塑性边界上应力相等得到边界方程;通过有限元算例将本研究方法的结果与卡斯特纳等方法的分析结果进行比较,并分析静水压力的变化情况。【结果】弹塑性边界为近似椭圆形,长轴与最大初始应力方向垂直;本研究方法与有限元分析结果更为接近,能够很好地反映洞室围岩塑性区范围;在静水压力下的分析结果与卡斯特纳公式所得塑性区半径一致。【结论】在非静水压力下塑性区全部包围洞室时,本研究方法能够更好地用于指导支护结构设计以及围岩稳定性评价。

拖拉机牵引拖钩应变强度研究——基于折线硬化和曲杆模型

从材料折线硬化的角度,建立在曲杆模型条件下,对拖拉机拖钩的弹塑性变形进行分析和研究。通过对位移方程逐次逼近积分,求出在弹塑性变形下拖钩的截面形心曲线的总位移Δ,并给出了确定钩口开度Δa值的曲线图。

非等压圆形巷道围岩塑性区边界方程及应用

由于双向非等压应力条件作用下的圆形巷道弹塑性问题求解难度较大,目前难以得到精确解析解。基于Mohr-Coulomb强度准则,将Kirsch解代入塑性条件中研究了非等压应力条件下圆形巷道围岩塑性区近似边界方程、分析了塑性区影响因素及形成力学机制。结果表明:侧压系数影响塑性区形态,原岩应力方向影响蝶形塑性区蝶叶方位,巷道半径与围岩岩性对塑性区形态均没有影响,但对塑性区的发育深度起着决定作用;侧压系数不等于1时,最大主应力方向不再平行于巷道切向,最小主应力方向不再经过巷道中心位置,引起围岩剪切破坏方向发生变化,而塑性区的扩展受控于最大剪应力的分布,此时塑性区形态偏离圆形;剪应力峰值点曲线与塑性区边界均随侧压系数变化而发生变化,但塑性区边界总是位于剪应力云图中最大剪应力峰值位置,且侧压系数越小主应力方向变化越大,塑性区不规则形态越明显;该求解方法没有考虑塑性区对弹性区应力的影响,属于近似求解法,但塑性区形态、发育规律与数值模拟结果相一致,并对解决工程问题具有指导作用,说明该塑性区边界方程近似解法是可信的。通过该近似方程能够掌握巷道围岩塑性区发育扩展规律,依此提出的可接长锚杆支护技术能够有效解决深部巷道锚杆易随顶板整体下沉、锚索破断引发的冒顶问题,较好的消除了冒顶隐患。

渗流作用下非均匀应力场巷道围岩稳定性分析

将巷道围岩视为多孔介质,考虑地下水渗流作用的影响,应用弹塑性理论,分析了非均匀应力场圆形巷道围岩的力学性态,推导出了非均匀应力场下圆形巷道弹塑性的解析解,基于Mo-hr-Coulumb强度准则,得出了渗流作用下巷道围岩的塑性区边界线方程,并通过具体实例,对比分析了当λ=0.5时渗流作用对应力场的径向应力与切向应力在巷道两帮和顶底板的分布情况。研究表明,考虑渗流作用,对应力场的影响作用更为显著。

非等压应力场上向长距离穿层瓦斯抽采钻孔密封长度研究

针对双向非等压应力场上向长距离瓦斯抽采钻孔密封长度难以确定、现场封孔难度大的问题,以平煤六矿为工程背景,以弹塑性理论和Mohr-Coulomb准则为基础,得出圆形巷道非等压应力场下塑性区边界方程,通过FLAC3D数值模拟映证了理论分析结果:当侧压系数不为1时,巷道围岩塑性区边界是对称的"蝴蝶形",不再是等压力应力场下的圆形,且巷道围岩应力呈非均匀分布,应力沿巷道径向变化的梯度和围岩应力降低区的范围沿不同角度时也存在明显差异;理论分析和数值模拟计算的塑性区深度偏差小于5%。结合塑性区的变化规律确定了不同角度上向穿层钻孔的密封长度,提出更具针对性的新型逐级注浆封孔技术。瓦斯抽采试验表明:按照本文确定的密封长度对上向穿层钻孔进行密封时,孔内抽采负压均在13 k Pa以上,最高瓦斯抽采浓度是传统等压应力场下对比试验孔的1.4倍,且其衰减速率较慢,瓦斯抽采效果可以满足长期高效抽采的要求。

条带开采充填对底板变形的影响分析

针对充填对底板变形的影响,基于地基塑性变形区边界方程求解思想,提出了充填和无充填时底板塑性区边界方程,据此确定塑性区范围。结合实例分析,比较了充填和无充填时底板塑性区大小,研究了充填对底板变形的影响,得出了充填减小时煤柱下底板塑性变形区域,为更好地利用条带充填开采技术,指导底板巷道合理布置与底板维护,提高煤炭开采率,减少煤矿安全事故提供了依据。

考虑支护作用的巷道围岩塑性区边界方程及应用

结合Mohr-Coulomb强度准则,推导考虑支护力作用下的非等压圆形巷道围岩塑性区边界方程的近似解,通过理论分析和数值模拟,得出支护阻力对巷道围岩塑性区范围和形态的影响作用。研究表明:在现有支护条件下,支护阻力能够使浅部低应力巷道围岩塑性区范围有一定程度的减小,特别是对于双向主应力比值较大情况下浅部巷道围岩塑性区呈现的蝶形扩展,支护阻力能起到较好的抑制作用;而对于深部巷道,现有支护阻力对减小其塑性区半径的作用不大,难以阻止深部巷道的大变形,支护对于深部巷道的作用在于阻止巷道围岩的破裂。深部巷道围岩控制,应由"变形控制"向"结构稳定控制"理念转变,以改善巷道围岩应力环境和围岩力学性能为主要途径,以预留变形和控制非连续变形为主要方法,尽量保证巷道围岩结构稳定、完整,满足使用要求。