基于CD法的深埋隧道支护系统数值模拟分析

采用FLAC~(3D)有限差分法软件建立了深埋隧道的三维数值模型,从围岩的塑性区、位移场、应力场和锚杆内力4个方面来分析锚杆、喷射混凝土以及二次衬砌的支护效果。研究表明,锚喷支护有效地控制了围岩塑性区的发展、显著减小了围岩的位移和应力,维持了围岩的稳定性。二次衬砌支护效果不太明显,主要发挥安全储备的作用。     

喷射纤维混凝土在深井地下空间支护应用关键技术

为了解决深井地下空间支护困难,提出了将高韧性改性聚丙烯(粗)纤维与高弹模纤钢纤维混杂掺加到水泥基材料中形成复合水泥基材料,通过喷射工艺在围岩表面形成支护层与锚杆、锚索形成共同支护体的支护方案.试验发现:混杂聚丙烯(粗)纤维水泥基复合材料,适合深井巷道围岩的支护,其中聚丙烯(粗)纤维掺量为体积率0.4%,钢纤维掺量为体积率0.6%;用有限元软件模拟分析法FIAC确定纤维混凝土喷层厚度,可以节约喷层材料;在初喷支护45 d后进行纤维混凝土二衬喷射施工,可以避开应力的高峰,使支撑的中心向岩体内部移动.通过矿压显现观测证明纤维混凝土喷层试验段围岩稳定性好于素混凝土试验段.     

2种锚杆耦合支护的喷混凝土力学模型

为确定混凝土层受破坏时中性层的位置并探究不同支护方式下锚喷支护参数与围岩自承能力间的关系,以弹性力学理论为手段,分别将湿喷+管缝式锚杆与湿喷+树脂锚杆耦合支护视为简支梁与固支梁模型,得出这2种耦合支护模型的数学解析式;用数值方法得出混凝土层受破坏时中性层偏离质心的位移计算公式;结合莫尔-库仑准则得出巷道围岩自承能力与锚杆间距、混凝土喷层厚度及混凝土强度之间的力学模型;推导得出喷层厚度每增加10 mm,湿喷+管缝式锚杆与湿喷+树脂锚杆模型中岩体自承能力最高分别提高0.01 MPa与0.40 MPa,喷射混凝土的抗拉强度与围岩破坏所需最大主应力间大致呈线性关系,进而为合理优化巷道支护参数提供依据。     

软岩巷道围岩破坏特征的相似模拟试验研究

本文通过相似材料模拟试验研究,分析了锚杆支护条件下巷道围岩的变形破坏特征以及巷道在不同地应力作用下围岩破坏的相关因素。试验对于研究巷道围岩的稳定性问题,软岩巷道的支护设计以及软岩工程相关问题的理论研究具有指导意义。     

深部巷道初期锚喷支护的非线性数值模拟分析

针对矿井巷道采掘日益加深的现状,根据岩石力学的基本原理,运用ANSYS有限元分析软件,对深部巷道的初期锚喷支护进行非线性数值模拟计算。论文中讨论了支护结构受力情况,分析了支护后围岩的变形与应力分布规律。另外,对巷道初期支护后围岩断面收敛情况进行了数值计算与实测数据的对比分析,并确定出二次支护的最佳时期。结果表明:锚杆与喷射混凝土支护抗变形能力强,可以作为巷道初期支护来控制围岩变形。     

不同巷道支护方式的数值模拟研究

为解决盛平煤矿工作面巷道支护的问题,以盛平煤矿地质条件为依据,利用数值模拟软件建立了巷道在不同支护方式下的数值模型,得到了不同支护条件下巷道围岩变形、应力分布及塑性区分布变化规律,并分析锚杆和锚索在巷道支护中所起的作用。数值模拟结果表明:锚杆、锚索能够很好的起到挤压悬吊作用,形成了以锚杆为主的承载圈,在锚索的作用下,进一步增强了围岩的组合效应和抗变形能力。锚杆、锚索联合支护对巷道围岩控制起到较好的作用。     

沈阳地铁隧道开挖过程稳定性分析

采用GeoFBA软件,对沈阳地铁隧道开挖全过程进行数值模拟研究,对围岩、喷射混凝土、模筑混凝土、锚杆的应力和变形特征进行分析.结果表明,沈阳地铁隧道设计当中初拟的结构尺寸（包括初期支护、二次支护）、超前小导管支护、锚杆支护是可以适应围岩状况的,经支护后的沈阳地铁隧道是稳定的.台阶法开挖对于沈阳地铁隧道开挖是适用的.     

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。     

动压巷道变形分析及围岩控制技术

针对受采动影响的巷道变形破坏严重,对动压巷道变形起决定作用的围岩破裂区进行理论分析,得到塑性区和破裂区交界处的径向应力和切向应力公式,作为围岩应力大小的参考依据;同时得到破裂区和塑性区半径公式,作为动压巷道围岩控制方案设计的依据,并结合锚杆支护理论,得到动压巷道围岩控制方案.最终在鹤壁五矿动压巷道工程试验中得到运用,巷道变形得到明显控制,说明锚杆加锚索加喷射混凝土的控制方案合理有效.     

大跨度含夹层软岩巷道支护技术研究

以屯兰煤矿12501工作面回采巷道为工程背景,运用实验室试验、现场实测及数值模拟的方法,研究了巷道顶板岩性及掘巷期间围岩变形规律,并对比分析"锚杆+锚索"和"锚杆+长锚杆"支护条件下巷道围岩应力场及塑性区的特点.研究结果表明:大跨度含夹层软岩巷道顶板岩层岩性和强度较弱,巷道围岩在掘进期间顶底板变形量明显大于两帮移近量,"锚杆+长锚杆"联合支护可以取得明显的维护效果.     

高应力炭质板岩隧道开挖支护结构受力评价研究

为探究高应力下炭质板岩隧道开挖过程中围岩位移、支护结构内力变化规律，依托渭武高速木寨岭公路隧道，采用有限差分软件FLAC3D建立三台阶七步开挖法下炭质板岩隧道的数值模型，提出强、中、弱三种支护方案；分析开挖距离对围岩位移、支护结构内力等因素的影响，并对支护设计参数合理性评价。研究结果表明：开挖过程中围岩累计沉降和收敛变形量比较：强支护＜中支护＜弱支护；开挖相同距离下，随着支护强度上升，支护提供的弹性抗力越强，围岩沉降和收敛变形减小；以强支护为例，支护结构轴力呈现先增大后减小的趋势，最终轴力不断上升但趋势变缓的特征，开挖距离50m趋于稳定；支护设计参数评价时，开挖距离（50m）结束，强、中、弱三种方案钢架受压安全系数最小值分别为3.903、3.718、3.264，#1拱顶处强支护钢架较喷射混凝土先破坏，混凝土安全系数最小值分别为3.491、2.987、2.666，#2左拱腰处喷射混凝土较钢架先破坏，故选择中支护方案，材料I25b×C25、初衬厚度26cm、钢架距离0.8m。研究结果可为类似软岩隧道开挖和支护结构的设计提供一定参考。     

钢纤维混凝土增强作用及在软岩巷道支护中的应用

为了更好的利用钢纤维混凝土进行软岩巷道支护,在实验室对不同钢纤维掺量的混凝土进行了力学性能对比实验,利用FLAC3D对软岩巷道钢纤维混凝土锚喷支护进行了数值模拟.提出了钢纤维混凝土与基岩粘结面间的强粘结力是钢纤维混凝土具有增强作用的主要原因,根据数值模拟结果,提出了合理的支护方案.并结合工程实际,得出了1%掺量的钢纤维混凝土在软岩巷道支护中既经济又合理.该支护方案在马路坪矿-650中段运输大巷的试验获得成功并取得了良好的技术经济效益.     

含软弱夹层对巷道围岩承载结构的影响分析

为研究软弱夹层对巷道围岩承载结构和稳定性的影响,采用相似材料模拟和理论分析相结合的方法,通过三种不同方案对比分析了不同支承结构下含软弱夹层巷道围岩受力与变形情况,揭示了含软弱夹层巷道围岩稳定控制机理,并通过现场实测进行验证。结果表明:①巷道顶板和帮部破坏程度明显大于肩部;②采用方案三联合支护能够有效提高巷道围岩应力和承载力;③联合支护方案能够使软弱夹层与上、下硬岩层之间协同耦合承载,减少巷道围岩变形。     

金能煤矿软岩掘进巷道变形破坏特征及控制技术研究

针对软岩巷道围岩在掘进过程中呈现出的顶板下沉量大、两帮收敛严重等特点,为解决巷道围岩稳定性控制的难题,以金能煤矿二采区1201工作面的运输顺槽为研究对象,基于工作面巷道工程地质条件,采用现场实测、数值模拟和工业性试验等方法,阐述了软岩巷道的变形破坏特征,提出了3种不同的围岩控制方案,利用FLAC3D软件模拟了该巷道围岩水平位移、垂直位移和塑性区分布情况,并进行现场测试。工程应用结果表明：“锚索+W钢带+U型钢+注浆”的支护方案效果明显,提高了围岩的承载能力,实现了巷道围岩的稳定性控制。     

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.     

矿井巷道围岩与支护系统稳定性的耗散结构

巷道围岩压力与支护能力是一个相互作用与反作用的关系,两者之间必须协调才能取得较好支护效果.将巷道围岩与支护看作是一个复杂系统,利用耗散结构理论分析和研究围岩与支护系统的稳定性,分析了巷道围岩与支架之间的相关性,得出围岩支护的稳定性与支架的支撑能力和围岩的适应性关系.     

深部软岩巷道破坏分析及其稳定性控制

随着煤矿开采深度的加大,越来越多巷道围岩呈现软岩变形特性,变形破坏非常严重。针对石嘴山一矿深部高应力复杂软岩巷道围岩破坏特点,从地质赋存条件、水对岩石的软化影响和支护结构方面分析,制定了相应对策,提出了锚、网、喷、注全封闭联合支护,用FLAC3D2．0对支护效果进行数值模拟可视化计算,确保巷道的稳定性,对巷道支护实践有一定参考价值。     

地下钢筋混凝土岔管围岩稳定及结构数值分析

以国内某抽水蓄能电站的钢筋混凝土岔管工程为例,从围岩开挖支护、围岩与衬砌相互作用和钢筋混凝土结构等方提出了围岩、混凝土等材料的数值模拟方法,通过三维有限元线性和非线性计算,分析研究了地下钢筋混凝土岔管在施工、运行等工况下,围岩、衬砌结构的应力与变形,以及混凝土岔管结构配筋和配筋后应力、裂缝开展等问题.结果表明：在开挖阶段由于地应力释放在主、岔洞交叉处会产生拉应力,塑性区开展较深;正常运行工况在内水压力作用下岔管结构大部分区域存在拉应力,裂缝较大;检修工况在外水压力作用下仅在主、岔管交叉处存在拉应力区,裂缝较小;结构配筋时,轴向配筋应该由外水作用的工况来控制,环向配筋由内水作用为主的工况来控制.     

采动应力作用煤巷泥质复合顶板稳定性分析

 为研究采动应力作用软岩煤巷泥质复合顶板稳定态势,以高家梁矿20307工作面皮带煤巷为例,通过岩体微观结构特性分析和钻孔窥视仪对煤巷松动圈探测,确定泥质顶板煤巷为应力扩容膨胀型复合地质软岩,变形破坏力学机制为复合型Ⅰ_ABⅡ_BDⅢ_DA机制,提出锚网索带注的耦合支护对策机制,利用FLAC^3D对采用耦合支护对策后泥质复合顶板稳定性进行数值分析,采用现场监测煤巷变形的方法并将两者结果作对比分析。结果表明,软岩煤巷泥质复合顶板稳定性得到有效控制,验证了应力扩容膨胀复合型破坏机理的正确性和耦合支护对策的有效性,为相似地质条件软岩煤巷支护提供参考。