深部巷道围岩破裂岩体位移规律数值分析

根据非连续体力学的新成果,建立深部巷道破裂岩体位移变化规律的数值分析模型,通过数值模拟获得了支护阻力和破裂面力学属性相关的位移变化规律,为实际工程中的巷道支护提供方案依据。     

节理岩体中巷道稳定性分析

采用三轴平面应变巷道模型试验系统,运用数字照相进行变形量测的方法,研究深埋应力场中不同节理倾角和密度的断续节理岩体中开挖巷道围岩破裂区的形成和扩展机理,对巷道的稳定性进行定量与定性评价.研究结果表明:节理密度决定岩体的承载能力,控制巷道围岩的稳定性;在相同应力场中,节理岩体与完整岩体的变形量和稳定性差异显著,完整岩体的变形量小、稳定性好.当巷道收敛率达到2.46％之前,巷道围岩处于弹塑性变形阶段,理论上可以不支护;当巷道收敛率为2.46％～5.00％时,围岩中产生破裂区并快速增大,此时围岩尚有一定的自稳能力,但必须支护以维持稳定,常规的支护方案均可保证巷道的安全和使用功能;当巷道收敛率超过5.00％时,围岩破裂区的发展趋缓,而巷道会发生片帮或冒顶事故,此时围岩已失去自稳能力,需要加强支护来人工稳定;如果延迟支护或支护不当,维持巷道的稳定会越来越困难;当巷道收敛率达到22.80％时,巷道将完全失去安全和使用功能,并丧失可人工稳定的可能.     

节理岩体力学参数确定的数值试验方法

为解决现场或室内试验条件下难以测试大尺度岩体并确定其参数的问题,总结提出了应用数值试验方法确定节理岩体宏观力学参数的方法流程.即将节理岩体单元离散为岩块和节理两种类型,通过室内试验分别研究其力学特性,再把岩块和节理进行组合形成岩体,通过数值计算得出节理岩体的力学特性.将这套方法应用到贵州省某高速公路岩质边坡的岩体参数优化分析中,研究了试件尺寸、各向异性、岩块及节理力学参数等对岩体宏观力学参数的影响.数值试验方法为工程节理岩体参数的确定和优化提供了一种新的思路.     

节理倾角对岩体破坏特性影响的单由压缩数值试验

岩体中的节理通常会对岩体的破坏特性产生决定性的影响,本文通过对单轴压缩试验条件下含不同倾角节理的岩体试样破坏过程的数值试验,发现由于岩石材料的非均匀性,不合节理时岩石试样的宏观破坏主裂纹位置和方向不确定,具有一定的随机性,而且峰值强度较高;含节理的岩体宏观破坏时主裂纹明显受节理的影响,除节理倾角0°情况外,主裂纹均与节理的上下端相连;含节理岩体的峰值强度均低于不合节理的岩体,并且节理倾角60°以下时岩体峰值强度较低,而60°以上时峰值强度开始明显升高,90°时甚至接近不含节理的岩体.     

二向应力作用下断续节理岩体的强度特性研究

本文借助断裂力学理论,着重讨论了在二向应力作用下双向交叉断续节理岩体的压剪断裂强度特性及破坏机理。结合有限元数值模拟计算,分析了节理方位,围压大小对这类岩体强度的影响及其变化规律。     

断续节理岩石破坏过程数值模拟研究

采用岩石破裂过程分析RFPA^2D系统，通过对岩石断续节理在压剪荷载作用下的声发射和位移特性进行数值分析，研究岩石断续节理的破坏过程。数值模拟显示了试件的破坏过程、试件破坏所表现的声发射特征以及不同节理角对岩石破坏过程的影响。研究表明，岩石断续节理破坏过程具有几个明显的不同阶段，节理的倾角对破坏过程具有明显的影响。     

基于Cosserat理论的柱状岩体断续节理本构模型研究

针对白鹤滩柱状节理岩体的各向异性力学特性,考虑节理部分引起的弯曲效应,采用Cosser—at理论和材料连续均匀假设,得到规则岩体一组断续节理的Cosserat本构关系,然后根据规则六棱柱形岩体结构特点,视平面为三组断续节理的复合,得到柱状节理岩体平面本构关系,最后针对白鹤滩工程实例,验证本文模型的正确性．     

共面断续节理岩体模型抗剪强度及破坏特征分析

为探究共面断续节理的几何特征对岩体力学性质的影响,对制作的含节理类岩石材料进行了直剪试验,运用数字图像技术记录全场应变演化过程,并根据室内试验建立颗粒流模型,探究节理连通率和岩桥长度对岩体抗剪强度及裂纹发育的影响.结果 表明:各级法向应力下,节理连通率的增加限制翼型应变集中区的形成,进而阻断翼裂纹的发育,使岩桥倾向于拉剪破坏,并会造成岩体模型抗剪强度降低;而节理连通率相同时,岩桥长度的改变则不会对岩体抗剪强度造成明显影响;岩桥长度是改变裂纹发展趋势的主要因素,这是因为岩桥长度的变化会增加或降低相邻节理端部应变集中区的交互影响;最后从能量的角度出发揭示了节理连通率和试样破坏失稳的关系.     

共面断续节理岩体直剪强度特性模型

采用理论分析和模型试验相结合方法,对共面闭合断续节理岩体直剪强度特性进行分析和研究.引入法向变形协调条件,基于Mohr-Coulomb理论,推导共面断续节理岩体模型的直剪强度公式.模型试验表明:全应力-应变曲线主要经历了线弹性增长、节理面错动、次生裂纹起裂稳态扩展、节理面贯通破坏和残余强度5个阶段;剪切应力峰值和残余强度都随正应力的增大而增大,而变形特性随正应力的变化规律性不强;抗剪峰值强度随节理连通率的增大而减小,低连通率时强度下降速度慢;节理分布形态对强度也有影响,节理在两边分布的试样强度普遍高于节理在中间的;理论计算结果与试验值吻合较好,能较好描述共面断续节理岩体的直剪强度特征.     

节理对岩体隧道变形影响的数值分析

节理、断层等结构面造成岩体变形的不连续性,并且对岩体变形、应力等造成重要影响.基于节理岩体隧道概念模型,应用离散元程序计算分析完整岩体、1条和2条节理对岩体隧道位移和应力的影响.结果表明:随着模型隧道节理的增加,节理接触处发生应力集中现象,导致隧道内顶部位移越来越大,增幅约为25.2％,隧道底部位移场曲线由"凹"字形转...     

深井岩巷破坏机理与支护优化研究

岩巷的稳定性评价与支护设计对深井岩巷掘进和维护十分重要。为了开展深埋煤矿岩石巷道围岩稳定性分析和锚网支护参数优化分析,以文家坡煤矿深埋一号辅助运输大巷为工程背景,采用多种监测手段完成了岩巷变形特征的实测分析,然后运用数值模拟的方式从巷道围岩塑性区发展规律和围岩应力变化特性两方面分析了巷道围岩变形破坏机理,最后根据现场监测和模拟结果优化了该巷道的支护方案,并进行了模拟验证。结果表明:随着巷道不断地向前掘进,巷道两帮围岩塑性区厚度先增大直到逐渐稳定,自重引起的水平应力使巷帮向巷道内收敛,顶板产生剪切破坏,两帮产生劈裂破坏;原支护方案作用下巷道围岩变形量非常小,锚杆(索)支护方案过于保守。将帮部锚杆长度由2.7 m优化到2.3 m后,在其他支护参数保持不变的情况下支护可以满足巷道稳定性的要求。     

深井高地应力巷道围岩弱化规律及控制技术

深井高地应力围岩控制是深井支护的难点,应用FLAC3D软件对深井半圆拱巷道在高地应力作用下围岩的弱化规律进行研究,发现深井高地应力围岩塑性区出现不连续分布的现象,随着时间的推移,塑性区逐渐增大,表明深井围岩属于非线性力学系统.同时,分析了不同侧压系数下的巷道围岩应力和位移,得到了在巷道纵向上和横向上两者的变化情况,以及不同地应力对深井锚喷网加锚索协同支护效果的影响.提出深井高地应力围岩高强度、高刚度以及大范围的围岩控制技术,并对不同地应力情况下的支护效果进行监测,取得了较好的支护效果.     

深井巷道围岩滞后注浆加固的合理时间

合理滞后注浆时间的确定是深井巷道围岩加固支护技术的关键,在分析深井巷道最佳支护时间原理的基础上,以望峰岗矿-817 m水平巷道为研究背景,通过现场实测及UDEC数值模拟对巷道掘进后围岩变形及裂隙发育特征进行深入研究,获得了深井巷道围岩滞后注浆加固的合理时间。结果表明,注浆加固应在巷道剧烈变形阶段后的缓慢变形阶段初期,在巷道围岩裂隙发育相对稳定时,合理时间为巷道掘进后15～20 d。工程实践表明,合理时间的滞后注浆有效地控制了深井巷道围岩稳定性。     

层状岩体隧道围岩稳定性的数值模拟分析

层状围岩中隧道开挖会引起非对称大变形现象,导致钢拱架扭曲、二衬开裂等工程问题。针对该问题,以四川省道219线改建工程海子山隧道为工程背景,在对该隧道围岩形变规律调研的基础上,建立基于块体离散元理论的数值模型,对层状围岩地层隧道稳定性进行数值分析。研究结果表明:隧道围岩大变形主要发生在以板岩为主的软弱岩层中,围岩的变形受层理面影响,表现出显著的非对称形变特征;当层理面与掌子面交线的视倾角等于0°时,层理面倾向角对围岩位移场及其破坏形态无影响。围岩侧压力系数λ=1、λ>1以及λ<1时,围岩的破坏形态分别受层理面、主应力方向、层理面与主应力方向共同控制;当视倾角等于90°时,围岩形变特征及其破坏形态在不同层理面倾向角的影响下存在4种模式。当视倾角不等于上述特殊情况时,在不同层面倾向角的影响下,围岩的变形特征及破坏形态存在8种模式。     

膨胀岩巷道变形及其控制的数值模拟

根据湿度应力场理论与温度应力场理论控制微分方程中存在的类比关系,通过参数转换,将求解湿度应力场问题转化为求解温度应力场问题。并利用ANSYS软件系统中的温度应力场分析功能,对地下开采中膨胀岩巷道遇水和地应力耦合作用问题进行了数值模拟。得到不同支护强度条件下的膨胀岩底板巷道围岩遇水作用后的应力和变形分布,并与无水作用情形作了对比分析。研究结果可为膨胀岩巷道围岩变形控制提供理论依据。     

深井穿层巷道支护数值模拟分析

采用ANSYS和FLAC3D2种模拟技术相结合的数值模拟方法,模拟了阳城煤矿-920m下车场深井穿层巷道支护状态下的围岩位移情况。根据模拟结果推测不同岩层组合对围岩变形的影响,同时找出原支护方案存在的不足,并提出了加强巷道支护的新方案。通过分析比较为现场应用提出了一套既可以减小巷道变形,又能节省支护费用的支护方案。     

东海煤矿深部巷道支护技术

煤矿深部巷道围岩压力大,超过其围岩的抗压强度。同时,采区巷道受动压的影响,巷道围岩变形破坏严重,影响正常生产。课题组采用优化巷道断面设计、加强关键部位支护强度、降低局部围岩应力等措施,使得围岩整体协调变形。现场实验表明,东海煤矿埋深1000m的巷道经受了两个回采工作面的动压影响,围岩受力状态良好,达到了预期目标。     

深部巷道构造应力作用下岩爆过程的数值模拟

针对深部巷道岩爆现象,结合华丰煤矿深部开采的冲击地压问题,采用FLAC-Dynamic进行了深部巷道岩爆动力学计算分析.计算结果表明,发生岩爆时,巷道围岩的速度曲线和加速度曲线出现突变.在水平构造应力的作用下,巷道可能岩爆的过程是先从巷道的两帮开始,然后迅速扩展到巷道的顶、底板的过程.     

深部倾斜巷道变形机理的数值模拟

文章综合考虑影响深部巷道围岩变形的各种因素,并以淮北临涣矿为工程背景,通过现场观测、调研、取样和煤岩力学参数的实验室测定,建立了临涣煤矿的深部巷道计算模型;采用大型有限元软件ANSYS,分析软岩影响下的巷道变形特点;论述了适合软岩巷道围岩变形控制的耦合支护理论,并结合该理论和软岩巷道应力破坏特点,对临涣煤矿软岩处进行了支护优化设计,并对支护设计的结果进行了数值模拟仿真分析,得出对后续现场支护工业实验具有指导意义的结论。