围岩松动圈理论在某矿巷道支护优化中的应用

云南某铁矿山深部巷道变形严重,巷道经多次反复支护后未达到理想支护效果,给矿山安全生产带来隐患。为优化巷道支护效果,确定合理的支护参数,基于围岩松动圈理论计算分析巷道支护现状,选取对支护影响较大的3个因素设计正交试验,运用FLAC3D软件进行数值模拟。结果表明:巷道变形破坏的原因为形成的围岩松动圈等级同支护参数间的不匹配所致;在锚杆长度、锚杆间排距、喷层厚度3个因素中,喷层厚度对支护效果影响最大;在一定科学取值范围内,混凝土喷层厚度越大、锚杆长度越小、锚杆间排距越大,巷道顶板、两帮位移量越小,支护效果越好;最后,提出选用长1.8 m的锚杆、锚杆间排距1.0 m×1.0 m、喷射混凝土厚度100 mm的最优参数对巷道进行锚网喷支护。

热-力耦合作用对围岩塑性松动区的影响特性研究

针对高地应力区多场耦合作用对围岩塑性松动区的影响问题,依托实际工程,基于统一强度理论,建立多场耦合作用下围岩松动圈分析模型,研究初始地应力、地温、隧道开挖半径及中间主应力对围岩松动圈半径的影响。研究得到:1)热-力耦合作用下,围岩初始地应力对围岩松动圈半径的影响起主要作用,且围岩松动圈半径与初始地应力呈非线性关系;2)地温升高使初始地应力、隧道开挖半径及中间主应力影响系数对松动圈半径的影响变大;3)松动圈半径随着隧道开挖半径的增大而近似线性增大,随着中间主应力影响系数的增大而减小,中间主应力影响系数越小,围岩稳定状态对中间主应力越敏感;4)结合工程实例分析可知,在热-力耦合作用下,基于统一强度理论计算的围岩松动圈半径误差小于1.4%,证明所提出的计算方法是合理可行的。

隧道围岩与支护结构变形协调控制机理及工程应用

为解决高应力下隧道岩爆以及软岩大变形控制难题,本文从隧道围岩荷载与支护平衡、变形协调控制及围岩能量守恒三方面进一步分析地下工程平衡稳定方法的特点;根据不同围岩级别总结地下工程平衡稳定方法中隧道支护结构抗力与围岩变形特征曲线,并提出隧道围岩支护的施工建议;通过分析围岩与支护结构有效荷载传递规律与功能转换特征,揭示围岩平衡与支护结构变形协调控制机理,并结合高应变吸能层材料设计一种表征为“吸能让压支承抗压”的一体化新型隧道围岩支护工艺。通过工程应用表明,基于新型支护工艺在岩爆、软岩大变形隧道中围岩压力降低28.09%,保障了隧道安全高效施工。

深埋隧道围岩应力圈层传递理论及支护体系设计方法

深埋隧道围岩应力是一个涉及多因素的复杂问题,同时也是隧道工程研究的热点问题。基于深埋隧道围岩应力圈层传递理论,将隧道围岩离散为若干个圈层,每个圈层即是荷载也是结构,均可承受围岩达到极限强度时的径向应力及切向应力,分析不同围岩级别及隧道跨度条件下围岩应力和塑性区范围的变化规律。研究结果表明:深埋隧道围岩应力圈层传递理论揭示了隧道开挖与支护过程中应力的传递过程,为隧道开挖工法与支护结构的设计提供理论基础;根据圆环受内外径向压力时应力的计算函数和围岩强度模型,可获得各个圈层切向和法向应力的递推公式;采用递推公式计算出各圈层塑性和弹性切向应力,并等比例绘制在隧道围岩应力分布图中,根据围岩受力平衡的基本原理,分析隧道开挖前后围岩塑性和弹性切向应力的图形面积,可确定隧道塑性区的分布范围。

海底隧道施工过程中围岩稳定性的流固耦合分析

以厦门翔安海底隧道为工程背景,基于流固耦合理论,对穿越海域风化槽段施工过程中的围岩稳定性进行数值计算,研究不同施工阶段隧道围岩位移场和渗流场分布规律及支护结构的受力特征。研究结果表明:地下水的渗流作用对海底隧道的围岩变形影响很大,引起较大范围的海床沉降;超前导洞开挖对围岩渗流场的影响作用最为直接和明显,且由渗流引起的海底隧道围岩变形在向上传递过程中折减较小;海底隧道洞周变形和海床沉降主要集中在两侧导洞下部和中部核心土上部开挖过程中;海水水位变化对海床沉降、拱顶沉降、拱底回弹量及围岩塑性区分布范围均有一定影响;注浆圈加固效果直接影响海底隧道开挖后围岩位移场和渗流场的分布,且注浆加固区厚度及渗透系数存在1个经济合理值;海底隧道拱腰横向支撑节点的应力集中较大,出现较大的塑性破坏区;海底隧道支护结构受力分为3个阶段,且拱脚、横支撑支点处受力较大。

高应力软岩巷道变形破坏机理与控制对策研究

高应力软岩巷道由于地压大、地质条件复杂,预选支护形式往往不尽符合围岩变形、破坏特点。软岩巷道发生底臌及顶板失稳等现象,大多数是由于巷道周边弱支护与局部弱支护造成的。软岩巷道支护是矿山开采等地下工程维护面临的一个技术难题,而巷道底臌又是巷道围岩变形破坏的一种重要的形式。大量实测数据表明,在巷道顶底板移近量中约有50%～75%是由于底臌造成的。严重的巷道底臌,不仅带来了大量的维修工作,增加了巷道的维护费用。分析了高应力软岩巷道局部弱支护机理,阐述了巷道底臌与顶板失稳诱发原因,探讨了软岩巷道的破坏特点和变形规律,提出了一些认识和支护对策,为软岩巷道支护结构设计提供新的参考依据。

围岩松动圈支护理论在煤巷支护设计中的应用

根据围岩松动圈支护理论，在屯兰矿12501运输巷道内应用 PHD-2型松动圈测试仪进行围岩松动圈范围测试，确定松动圈厚度值LP 并进行松动圈分类。由测试结果可知，巷道围岩松动圈厚度在1．3～1．5m之间，属于中松动圈Ⅲ类一般围岩，应按照悬吊理论设计支护参数，从而确定适用于巷道地质条件的支护方案。通过对支护方案进行现场试验并监测巷道表面位移量，证明巷道变形量小，顶底板最大移近量小于26mm ，两帮最大移近量小于36mm ，围岩保持稳定。这表明根据围岩松动圈理论设计巷道支护方式及参数是合理可靠的，为屯兰矿巷道支护设计提供了技术参考。

挤压大变形隧道研究现状及高强预应力一次(型)支护体系

大变形是现今隧道工程的重点难题。分析国内外大变形的定义、分类与机制、判定标准、控制理论与措施等,对隧道围岩大变形进行细致梳理与归纳总结。阐述挤压大变形的控制思路,提出尽可能发挥支护体系提升与改善围岩承载能力的作用,而非仅被动地承载;探讨现今挤压大变形的重点研究方向与突破点;提出高强预应力一次(型)支护体系,并介绍其组成及相应的关键点,强调"预应力"在整个支护体系中的核心地位;最后,通过现场试验验证所提出的高强预应力一次(型)支护体系可较好地控制挤压大变形围岩的位移,并缩短变形稳定时间。

基于支护结构强度和变形综合优化的隧道支护理论与方法

针对新奥法在工程应用中的不足,分析了采用经典地压理论解决隧道工程支护问题的合理性与缺陷,提出了基于支护控制曲线、工程地质情况、监测数据的闭环式目标控制优化支护理论.通过有限元法分析不同应力释放率下支护结构应力与围岩变形的关系,利用支护应力与围岩变形控制条件确定目标控制位移,通过计算后续步段开挖对变形影响的修正控制位移,并结合实际工程的现场位移监测数据,最终确定合理的二次支护施作条件.通过工程实例,验证了该方法的正确性与实用性.

基于统一强度理论和稳定蠕变准则的软岩巷道最优支护

巷道最优支护可以实现新奥法安全经济的最佳支护状态,根据软岩流变控制原则和统一强度理论,合理考虑中间主应力与强度准则选取的影响,推导两种稳定蠕变准则下巷道最优支护力和围岩允许最大位移的理论解答,给出公式适用条件、应用步骤,并进行两个工程实例验证,分析中间主应力、岩石长期强度及围岩抗剪强度参数等对巷道最优支护力与围岩允许最大位移的影响规律。结果表明:本文理论解答可退化为文献已有结果,具有较好的可比性;所得公式表达简洁,参数易于确定,具有良好的工程应用前景;两种稳定蠕变准则的巷道最优支护参数的变化规律一致且整体差异较小,但应力偏张量第三不变量准则相应解答的适用范围更广;中间主应力效应和强度准则选取对巷道最优支护参数的影响显著,Mohr-Coulomb准则的结果过于保守,难以发挥围岩的强度潜力;岩石长期强度是巷道最优支护设计的关键参数,围岩黏聚力相比内摩擦角对巷道最优支护参数的影响更为明显,应充分考虑岩石强度参数的变异性。所得结果可为软岩巷道的最优支护设计与施工提供理论指导和建议。

潘三矿软岩巷道锚注支护研究及实践

运用软岩巷道支护弹塑性圈状模型理论,分析锚注工艺对巷道松动圈应力状态的改变,锚注支护结构体共同作用机理及参数作用。提出了软岩巷道的最佳支护时间、注浆压力、锚杆布置等参数,并通过对潘三矿西一采区石门修复工程的实践,探讨了软岩巷道的加固(修复)方案,提出的巷道加固(修复)技术在工程实践中得到了验证,并取得了较好的技术经济效果。

基于松动圈理论的破碎软岩巷道支护研究与应用

为了解决破碎软岩巷道的支护问题,以瑞龙矿15102工作面回风巷道为工程背景,运用围岩松动圈测试仪对巷道围岩松动圈进行测定,并结合数值模拟分析结果,提出"锚杆+锚索+10~#菱形金属网+φ12 mm钢筋梁"以及掘后锚注的支护方案。同时通过对支护方案进行现场工业试验对支护后的巷道进行矿压监测。

大变形软岩巷道锚网支护失效机理研究

锚网对软岩巷道进行主动支护,它通过锚入围岩内部的锚杆杆体改变围岩力学状态,在巷道围岩中形成一个稳定的承载带,达到维护巷道的目的。支护过程中,锚网系统若不能与围岩状态耦合,则会引起支护失效。本文对支护前软岩巷道围岩力学状态进行了分析,引入弹塑性状态圈状模型,计算出各区的应力状态,指出引起锚网支护实效的原因。

Drucker-Prager系列屈服准则在稳定分析中的应用研究

Drucker-Prager(D-P)系列屈服准则作为Mohr-Coulomb(M-C)准则的修正模型在岩土工程中得到了广泛应用.然而采用不同的D-P系列屈服准则可能会得到差距较大的结果,文中对不同D-P系列屈服准则进行了比较系统的比较,指出了D-P系列屈服准则相互之间的关系,揭示了准则的物理意义,给出了不同准则之间的转换公式,论证了准则转换强度折减的本质,进而提出了一种在D-P系列屈服准则间进行边坡安全系数转换的新方法.采用ANSYS软件通过算例分析,对比不同D-P准则计算结果,得出了一些有益的结论,数值分析结果有力地验证了本文有关理论的正确性.

内蒙古高家梁煤矿巷道加固及围岩支护结构的数值模拟分析

高家梁煤矿位于内蒙古鄂尔多斯市东胜区东南8km处,矿井设计规模年产600×104吨。建井期间在埋深50～150m的运输大巷中部,遇到一种低强度软岩,巷道掘进与施工过程中冒顶、塌方时有发生,常规锚杆支护失效,对施工安全和进度造成很大影响。基于巷道地质情况与软岩特征,根据巷道围岩松动圈理论及围岩与支护作用关系,重点分析了软岩巷道的变形、顶板失稳机理,确定了运输大巷的工程加固方法。经过ADINA数值模拟验算以及后期的运输大巷变形监测曲线都证明加固方案满足运输大巷对支护刚度和强度的要求,同时还将加固方案进行了经济评价,得出了这种加固方案对于高家梁矿的特殊软岩巷道段加固在技术上可行,经济上可以接受的结论。

巷道支护系统论初步

本文将系统论引入巷道支护,认为巷道围岩、支护和系统环境三个子系统共同构成—复杂的围岩—支护系统。文章讨论了该系统特性,并运用系统科学基本原理,得出许多有意义的结论,从更高的角度初步认识了巷道支护,据此,作者指出了支护技术发展的三个趋势。这种引入新兴科学进行的探讨对于巷道支护各方面发展均具有一定积极意义。

钢筋网壳锚喷支护新技术理论分析及工程应用

钢筋网壳结构是软岩巷道支护工程中一种新型的支护形式。在介绍钢筋网壳锚喷支护的技术特色、结构特点、支护原理的基础上,并对其进行了理论分析,阐述了壳体结构承受法向荷载条件下的内力计算,推导出钢筋网壳锚喷结构的计算模型及其内力与主要应力的计算表达式。结合在桃园矿的应用情况,阐述了其施工技术要求和施工工艺,并进行现场监测,分析了这种新型支护形式的支护性能。实践证明,空间网壳锚喷支护结构大幅度提高了支撑能力,与围岩相互作用的整体性好,具有良好的力学性能与较高的承载能力,是软岩巷道中的一种安全可靠支护结构形式。

软岩大变形隧道锚喷支护的力学效应及失效原因分析

目前隧道锚喷支护设计仍采用以经验为主的工程类比法,由此造成支护参数与围岩地质条件不能完全匹配,在软弱岩体隧道中常引发围岩失稳大变形现象。以油坊坪隧道为例,首先对现场围岩失稳及破坏特点进行了分析,运用剪切滑移理论对锚喷支护系统的力学效应进行计算分析。计算结果表明,设计的锚喷支护参数具有足够的安全度,现场围岩失稳主要是由于施工扰动,促使本来较为软弱破碎围岩进一步恶化,造成锚喷支护体系无法达到设计的支护抗力,加上远超过计算值的实际形变围岩压力最终形成剪切破坏;据此提出施工方面的建议,为类似条件下隧道施工避灾减灾提供参考。

结构复杂煤层中掘进与支护方式的探讨

由于某巷道煤层结构较复杂,掘进速度较慢,原来的支护方式不能有效地围护巷道,根据新的煤层结构,结合有关软岩理论知识,总结出一种比较合理的掘进方式和支护形式,并在实际施工中取得了较好的效果。

超大跨度隧道围岩作用效应与支护结构设计方法研究

超大跨隧道受结构尺寸较大的影响,围岩的作用效应明显放大,主要包括断面尺寸放大效应、围岩缺陷放大效应、承载圈范围放大效应和施工步骤敏感效应。隧道结构荷载通过圈层传递效应由浅层逐渐向深层传递,各圈层承载力由浅层向深层逐渐增大。锚杆、锚索、喷射混凝土等支护结构共同作用提高了加固圈的承载力,并通过圈层传递效应增强了各圈层拱的承载力。通过围岩圈应力分布的图形分析,可以定量确定围岩加固圈、塑性圈和承载圈的范围及其承载力,在此基础上采用迭代试算的方法进行锚杆、锚索等支护结构设计。二次衬砌作为受力储备,当未经防腐处理的锚杆、锚索锈断后,二次衬砌承担锚杆、锚索的抗拔力,通过采用荷载-结构模型进行二次衬砌结构设计。