围岩自调节成拱特性的实验与数值分析

本文在围岩应力分析的基础上,通过物理实验模拟和数值计算,分析了由于隧道开挖后应力变化引起的围岩自调节成拱的特性及相关影响因素作用下的压力拱成拱规律。在本文中,将压力拱内边界距洞口的距离和拱体厚度作为判定压力拱成拱和评价围岩稳定的参数。当内边界靠近隧道洞口,围岩基本稳定;压力拱的厚度小意味着需要较少的岩体来承担拱体自身和其上岩体的荷载。在此基础上,运用平面应变相似模拟实验模拟隧道开挖过程,对开挖过程中洞口周围应力升高区进行了观察和分析,明确了压力拱的成拱,以及随着距离洞口越近变形增加的幅度越大等现象。运用数值分析发现,随着节理的间距的减小,压力拱内边界靠近洞口,压力拱厚度增大;在2组节理围岩中,节理倾角分别为30°和60°时,成拱最不利;而节理的黏结强度对压力拱成拱的影响程度与节理摩擦角的大小相关联,摩擦角大于20°时,节理黏结强度对压力拱成拱影响甚微。

基于离散元方法的深部巷道层状围岩稳定特性研究

采用块体离散元方法UDEC,通过细观参数校核及无支护状态的宏观物理-数值模型对比,建立了深部层状围岩巷道模型,分析了4种支护方式对深部巷道层状围岩体承载特性及变形破坏特征的影响。在块体离散元巷道模型基础上,为进一步研究深部矩形巷道层状围岩体承载能力,通过监测模型内部的应力、塑性区分布及顶底板和两帮位移,对不同支护方式的压力拱成拱特性进行了分析。研究结果表明:不同支护方式下深部巷道顶底板及两帮围岩均出现了应力集中区,采用锚杆+锚索+喷射混凝土+工字钢支护后巷道表面收敛程度及围岩的位移均最小,支护效果最明显,对围岩的控制效果最好。研究结果可为实际工程中的矩形巷道层状围岩稳定性控制提供参考。