确定交叉巷道锚杆支护参数的围岩平均应力集中系数分析方法

大跨度交叉巷道多采用锚杆支护,支护后巷道周壁应力分布的均匀程度可以作为评价支护参数合理性的指标。将支护后巷道周壁某一点大主应力与周壁大主应力均值的比值定义为围岩平均应力集中系数,用该系数表征巷道围岩的应力分布均匀程度。以某铁矿交叉巷道为研究对象,根据矿山工程条件及均匀设计试验方法,选取锚杆长度、锚杆间距和锚杆排距3个锚杆支护参数设计4种不同的支护方案,分别计算未支护与4种支护方案下巷道周壁的围岩平均应力集中系数,通过对比分析,确定最优的交叉巷道锚杆支护参数。结果表明:未支护时,巷道周壁围岩平均应力集中系数在0.3~2.9,应力分布极不均匀;锚杆支护后,最大围岩平均应力集中系数与未支护时相比降低幅度超过50%,围岩应力分布得到较好的改善;确定最优的支护参数为锚杆长度2.2 m、锚杆间距1.1 mm、锚杆排距1.0 mm,此时巷道周壁的围岩平均应力集中系数在0.9~1.19,其变化幅度仅有0.29,围岩应力分布较均匀;围岩平均应力集中系数能对围岩应力分布的均匀性进行有效评价。

爆破地震波作用下隧道围岩动应力集中系数分析

将爆破地震波进行合理近似简化,采用波函数展开法,推导了无限岩石介质中爆破地震波作用下隧道围岩动应力集中系数的表达式,结合具体算例,从理论上定量分析了围岩不同位置上爆破地震波主频和围岩物理力学指标对动应力集中系数的影响。分析结果表明:隧道围岩迎爆侧的动应力集中系数整体上大于背爆侧,动应力集中系数峰值偏向于迎爆侧;在不同主频爆破地震波作用下,动应力集中系数的影响存在最大值;隧道围岩的弹性模量对动应力集中系数的影响较大,而泊松比对动应力集中系数的影响较小。

直墙式黄土隧道围岩结构的地震动稳定性分析——底脚处应力集中对安全系数的影响

为了验证直墙式黄土隧道(洞)底脚处应力集中现象对围岩结构安全系数的影响,本文根据静力和动力分析模型,应用抗剪强度折减法和ANSYS软件,在现有研究的基础上,分析了底脚为直角时重力和地震作用下塑性区和安全系数的变化规律,并通过数值算例,研究了底脚为不同半径圆弧时围岩结构安全系数的变化情况。结果表明:在重力作用下塑性区最先出现在底脚偏上,直角的应力集中现象对围岩结构安全系数没有影响,地震作用下塑性区虽然最先出现在底脚处,但安全系数的降低并非底脚处应力集中现象的影响,从而为以后工程结构中直墙式隧道(洞)的成型和工程应用提供了理论依据。

洞室开挖后围岩应力集中系数的特征分析

通过对洞室开挖后应力集中系数的研究,讨论了该系数与开挖后隧道洞室稳定性的关系,并重点分析了影响洞室开挖后应力集中系数的因素。

煤柱集中载荷特征及其对巷道围岩应力的影响

煤层群开采时经常会出现下层巷道与上层煤柱交叉、重合现象,由于煤柱对载荷的向下传递作用,将对下层巷道围岩的应力分布造成影响。首先根据弹性理论分析了煤柱集中载荷在底板中的分布规律,然后应用数值模拟方法分析对比了普通巷道与煤柱下巷道围岩的应力状态,分析了煤柱集中载荷下巷道围岩的应力特点。

统一强度理论下非均匀应力隧洞围岩抗力系数

基于统一强度理论,合理考虑了围岩的中间主应力和剪胀特性的影响,采用岩石材料的弹塑性模型和非关联线性流动法则,通过引入地应力侧压力系数λ,推导了非均匀应力场下圆形隧洞围岩抗力系数的通用计算公式。由于统一强度理论具有明确的物理意义和广泛的适用性,而侧压力系数的引入能更好地描述隧洞开挖后围岩所处的真实应力状态,因此推导出的抗力系数公式具有更广泛的意义。最后通过实例分析了围岩抗力系数与侧压力系数λ、极轴夹角θ和剪胀系数h之间的关系。分析表明:随着侧压力系数和剪胀系数的增大,围岩抗力系数逐渐减小,隧洞不同位置处围岩抗力系数也不相同,在隧洞两侧,围岩抗力系数值最大,在拱顶和拱底处最小。

大型地下厂房围岩稳定性及支护措施研究

为研究大跨度、高边墙地下厂房开挖过程中出现的围岩稳定性问题及不同支护措施效果,以西南地区某大型水电站工程为例,采用三维非线性有限元法分析地下厂房围岩稳定性,并建立三维地质模型,对比分析不同支护工况下地下厂房围岩变形、应力变化及塑性区的分布规律。结果表明:洞室顶拱、底板及拐角处易产生应力集中现象,洞室开挖面切割出的岩体存在塑性损伤的风险;相较于无支护措施开挖,采取支护措施后,不同工况下地下厂房围岩变形量、应力集中现象以及塑性区分布均有不同程度的减少;喷混凝土层+锚杆+预应力锚索系统支护的效果最为显著,对围岩变形和损伤的控制作用优于锚杆+预应力锚索支护和喷混凝土层支护。

非等断面交叉洞室三角区围岩应力集中理论研究

为研究非等断面洞室的围岩稳定性,对其交叉口处应力集中现象进行理论推导,以不同断面尺寸(两洞室间洞径差异为2、3、4倍)和不同交叉角度的交叉洞室三角区围岩破坏规律进行分析,得到其围岩应力变化规律。以贵阳市某人防扩建工程为算例,将理论、数值模拟计算结果进行对比,结果表明:1)随着交叉洞室间断面尺寸差异的增大,三角区围岩的应力集中系数K主要在大断面一侧分布范围增大;2)随着交叉洞室夹角的增大(30~90°),三角区围岩垂直应力减小,在垂直相交时最安全;3)2、3、4倍洞径差异时,在交叉顶点范围内围岩应力集中系数K的最大值分别为3.83、3.60、3.21,表明实际工程中,该部分发生破坏的可能性最大;4)三角区围岩垂直应力为明显的偏压分布,并呈现出曲边三角形的分布形状。

上跨大巷深部立交段围岩应力分布规律与控制

以里必矿深部2号岩底板抽放巷上跨大巷交会段为工程背景,运用现场勘测、数值计算、工程实践等研究方法,揭示交会段巷道围岩应力分布规律,优化交会段围岩支护方案,以解决深部交会段围岩稳定性控制难的问题。研究结果表明:深部立交段围岩应力集中显著。立交段围岩塑性区贯通,立交段前后5 m范围应进行加强支护。现场采用优化后的对拉锚索加固方案,开展了岩石底板抽放巷上跨大巷立交段工程实践,实践表明对拉锚索加强支护方案能确保立交段施工安全与围岩稳定。

复合顶板应力集中区巷道围岩控制技术研究

为解决三交河矿临空、多层薄煤岩层复合顶板巷道11-1052巷支护难题,探测了顶板煤岩层的厚度和裂隙发育情况,模拟分析了临近工作面采空后巷道围岩的应力集中情况,提出了把厚度小、强度低的复合顶板加固为厚度大、抗变形能力强的类刚性结构顶板的巷道围岩控制技术。井下试验结果表明,巷道围岩变形量小,锚杆锚索受力稳定,解决了该巷道围岩控制难题。

考虑中间主应力影响的压力隧洞围岩抗力系数通用计算式

采用双剪统一强度理论,考虑中间主应力影响,建立了压力隧洞围岩抗力系数K的计算方法,给出了其相应解析计算式,并退化到莫尔–库仑屈服模型、特雷斯卡屈服模型,验证了所获成果的正确性与通用性。

考虑中间主应力和渗流模型的围岩抗力系数新解

考虑三剪统一强度准则、Mogi-Coulomb准则、内外水压力等的综合影响,建立平面应变情况下的力学平衡方程,并结合位移与应力连续条件,得到了裂缝区位移解析解和围岩抗力系数K的表达式。讨论了围岩强度参数c、φ,中间主应力系数n,岩体孔隙率η,内外水压力差对K的影响,结果表明:其他参数不变的情况下,随着n、c、φ的增大,K值逐渐增大;三个系数对K值影响敏感性强弱顺序为:n>φ>c;随着η的增大,K值先出现波动,后趋于稳定;外水压力p_(3)不变而内水压力p_(0)逐渐增大时,适当增加p_(0)(小于600 kPa)有利于岩体承载能力的发挥,当p_(0)超过600 kPa时,K值也出现波动;在该工况下可以采用注浆措施,以提高岩体密实度与强度或控制内水压力小于600 kPa,使K值处于稳定状态。

深部开采软岩巷道过应力集中带围岩控制技术研究

某矿1506巷为典型的深部开采软岩巷道,巷道掘进至575~670 m范围时穿越应力集中带,为此提出综合使用巷道表层喷浆、锚杆支护、锚索支护以及围岩注浆等相结的耦合支护方式对围岩进行控制,并依据现场条件设计围岩支护方案。采用的围岩控制技术可改善巷道软岩力学性质,提高围岩自身承载能力及稳定性,工程应用后巷道顶底板、巷帮变形较小,效果显著。

水平应力不均衡系数对矩形巷道围岩塑性区扩展的影响

为分析水平应力不均衡系数对矩形巷道围岩塑性区扩展的影响,采用FLAC3D软件对矩形巷道不同水平应力不均衡系数条件下的塑性区分布进行模拟研究。假设理想化的地质采矿力学环境,建立4组水平应力不均衡系数数值模型,分析水平应力不均衡系数对矩形巷道塑性区的影响。结果表明,水平应力不均衡系数为1.0、2.0时,塑性区呈圆形,水平应力不均衡系数为2.5时呈矩形,水平应力不均衡系数为1.5时,顶角和底角处几乎没有发生塑性破坏;水平应力不均衡系数为1.0、1.5、2.0和2.5时的破坏范围都是闭合曲线。随水平应力不均衡系数增大,顶板和底板的围岩塑性区扩展速度是先减小再增大,而两帮的围岩塑性区扩展范围是先保持不变,到深部时突然增大。

爆破地震波作用下既有圆形隧道衬砌动应力集中系数分析

将爆破地震波进行合理近似简化,采用波函数展开法,推导出无限岩石介质中爆破地震波作用下隧道围岩和衬砌动应力集中系数的表达式。结合具体算例,分析隧道不同位置上爆破地震波主频、隧道几何参数和隧道围岩和衬砌物理力学指标对动应力集中系数的影响。分析结果表明,爆破地震波主振频率对隧道围岩和衬砌中的动应力集中系数(DSCF)影响较大,隧道不同位置和不同方向应力的动应力集中系数随主振频率的变化趋势不同,低主振频率引起的动应力集中系数较大,不利于隧道的抗爆破振动;隧道几何参数对隧道围岩和衬砌内侧切向应力动应力集中系数影响趋势不同;隧道衬砌弹性模量对隧道结构动应力集中系数影响较大,泊松比次之;泊松比较大的隧道围岩具有一定的抗爆破振动作用,但效果有限。

基于统一强度理论的非均匀应力场圆形巷道围岩塑性区分析

基于统一强度理论,推导出非均匀应力场的巷道围岩塑性区边界线方程式,可用于预测不同侧压系数时地下深埋隧洞的塑性区大小及形状.当不同程度地考虑中间主应力的影响时,围岩塑性区形状和大小有较大不同,且随水平应力与垂直应力差异性的增大,这种影响趋于明显.

非均匀应力场下巷道围岩弹塑性分析

根据岩石材料的变形特性,引入了在实际工程中对巷道围岩具有一定影响的参数,采用岩石应力-应变三线段力学模型,分析了非均匀应力场下圆形巷道围岩弹性区、塑性软化区、塑性残余区的力学形态,推导出了非均匀应力场下圆形巷道弹塑性的理论解。在此基础上给出具体算例,分析了不同的影响因素对巷道围岩的影响。通过实例表明:岩石的侧压系数、应变软化、支护压力对围岩的力学形态、塑性区大小都有很大的影响;随着侧压系数的增加,巷道两帮处的塑性区范围在减小;软化模量的降低可以减小塑性区的半径;支护压力增加也可以减小塑性区半径。了解岩石的侧压系数,控制岩体的软化模量,适时加大支护压力均能有效地控制巷道围岩的稳定性。

基于SMP准则的衬砌隧道围岩抗力系数的计算

按照荷载-结构法思想,合理地考虑围岩与衬砌共同承载由于开挖而引起的二次应力作用,对于提高围岩抗力系数具有重要的作用。文章基于SMP(Spatially Mobilized Plane)屈服准则,推导出围岩抗力系数的计算公式,可以很好地考虑中间主应力的影响。通过改变隧道围岩物理力学性质中的内摩擦角φ和黏聚力c值,与Mohr-coulomb强度准则下的围岩抗力系数计算值进行了对比。研究结果表明,考虑中间主应力的影响可以很好地提高隧道围岩的抗力系数。从而基于黏性材料的SMP准则计算具有衬砌隧道的围岩抗力系数具有较强的工程实用价值。

基于统一强度理论的巷道围岩抗力系数研究

在岩土工程中,岩石抗力系数K反映了岩石抗力的大小,是设计环节中需要确定的一个极为重要的基础计算参数。基于统一强度理论,将巷道围岩视为多孔介质,考虑地下水渗流作用的影响,推导出了巷道围岩抗力系数计算统一公式,改变公式中的参数可以退化为其他围岩条件或者其他强度理论条件下的围岩抗力系数计算公式。研究结果表明,反映中间主应力对材料屈服影响的参数b、材料的黏聚力c、内摩擦角φ、孔隙水压力、地应力、衬砌压力均对围岩抗力系数K有一定影响。

考虑中间主应力的非均匀应力场圆形巷道围岩塑性区分析

基于Drucker-Prager准则,引入中间主应力系数,推导出不同侧压系数下巷道围岩塑性区边界线方程,用于预测不同侧压系数下巷道围岩塑性区的大小和形状。用单因素分析法,考虑不同中间主应力下,巷道围岩塑性区半径的变化规律。在侧压系数λ=1的时候,对在D-P准则下和在Mohr-Coulomb准则下巷道围岩塑性区的大小进行比较。侧压系数越偏离于1,巷道围岩塑性区水平方向和垂直应力侧差异增加,对围岩塑性区的大小和形状影响也越大;随中间主应力增大,塑性区范围越小。