脆性岩石三轴卸荷实验研究

根据煤矿现场复杂高应力脆性围岩巷道顶板变形、破坏实际，对其岩石试样进行了卸荷破坏三轴实验，研究深部复杂高应力脆性破坏围岩的变形、破坏机理及其力学特性。实验研究结果表明，在深部复杂高应力环境下，中等稳定脆性围岩巷道顶板破坏属于卸荷不平衡力引起的变形破坏，必须采用围岩一支护体之间的刚度、强度、变形相互耦合支护技术，才能有效防止巷道顶板发生剪切、错动或断裂破坏。     

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。     

大倾角煤层回采巷道断面适应性

基于大倾角煤层回采巷道围岩应力显现规律,采用数值分析方法对不同类型断面巷道的围岩塑性区及应力非对称分布特征进行研究,并建立异形断面巷道围岩破坏力学模型,确定其合理的支护方式.结果表明,大倾角煤层回采巷道围岩塑性区沿煤层倾斜方向演化,顶底板破坏深度大于两帮,且两帮破坏程度差异大;巷道断面形状不同,导致巷道围岩应力集中程度、塑性区及变形量等有很大差异;拱形巷道围岩变形适应性好,异形巷道两侧的顶角煤易发生剪切破坏,但考虑回采巷道掘进、设备运行及服务年限等需求,常用异形巷道;采用"锚网+钢带+锚索"的支护形式,加强异形巷道顶板帮及坡顶煤的支护,满足支护阻力大于F1和F2,可明显减少巷道围岩变形,保持巷道的稳定性.     

新安矿深部软岩巷道大变形特征及原因

新安煤矿是在建矿井,煤系地层属中生代地层。巷道埋深达1 000 m,不仅应力高,地质构造复杂,而且煤层顶底板以泥质岩石为主,含膨胀性矿物,岩石松散破碎、强度低。巷道开挖后,出现严重底臌、折帮和顸沉等非线性大变形破坏现象。运用工程地质学、软岩工程力学、黏土矿物学等多学科理论,采用工程地质调研、室内实验研究相结合的手段,对新安矿回风石门软岩巷道的变形破坏特征及其原因进行深入研究。研究认为:深部软岩巷道所处地质环境和围岩特征是产生非对称变形破坏的客观原因;普通支护的局限性是造成大变形破坏的主观原因。应该有针对性地采用有效支护方式,实现围岩与支护体在强度、刚度和结构变形三方面的耦合,有效控制变形,保证巷道稳定。该研究为下一步有针对性地进行支护设计提供了理论依据和指导性建议。     

深孔卸压爆破技术改变围岩应力结构的试验研究

针对围岩内高应力集中造成巷道支护后难以稳定的问题,应用"深孔卸压爆破技术",重新调整围岩应力分布,使深部围岩内积聚的弹性能以变形破裂的形式释放,使应力集中的弹性区转移到围岩更深处,在围岩深部形成应力集中的自承载圈,在巷道周围表层一定范围内形成低应力卸压圈.通过改变围岩应力分布,使围岩内高应力得到释放和转移,消除巷道附近围岩应力集中,在底板岩层中形成上自撑岩环体和下自撑岩拱体两层自撑结构,有效地控制巷道变形,保持了巷道稳定,达到深部围岩-浅部围岩-支架系统耦和支护的目的,充分发挥了围岩自承能力.卸压后的巷道采取常规支护技术就能保持长期稳定.     

深部高应力破碎软岩巷道支护技术研究及其应用

针对深部高应力破碎软岩巷道围岩变形量大、变形剧烈、底臌严重、流变性强、支护难等特点,基于巷道围岩松动圈地质雷达探测、收敛变形监测等地质力学测试技术,揭示深部高应力破碎软岩巷道变形破坏特征;采用数值模拟技术手段,从围岩强度特性、流变特性、巷道断面形状、软岩巷道群开挖相互影响、支护设计这5个方面分析深部高应力破碎软岩巷道变形破坏机理。针对安徽省淮南市朱集西矿深部开拓巷道特征与工程地质条件,提出"锚网索喷+U型钢支架+注浆+底板锚注"分步联合支护技术方案;基于大型三维模型试验系统,验证分步联合支护技术方案的可行性;采用FLAC 3D研究分析不同支护方案的支护效果,模拟验证分步联合支护方案的合理性。研究结果表明:分步联合支护技术方案有效地控制了深部高应力破碎软岩巷道的大变形与底臌,保证了巷道围岩与支护结构的长期稳定及安全。     

多中段联合开采围岩扰动效应及采矿进路支护技术

受多次开采扰动影响,多中段联合开采过程中采场围岩稳定性差,地压显现剧烈,采矿进路支护难。以白象山铁矿-470,-430和-390 m中段联合开采工程为研究背景,采用大型相似材料模型试验及采场围岩数字照相变形量测技术,揭示多中段联合开采采场围岩应力变化特征及上覆岩层移动规律。研究结果表明：各中段逐分层向上回采对上覆岩层产生了累积叠加扰动效应,导致采场围岩反复承受荷载(多次扰动)而失稳破坏;各分层矿体下沉量随开采步的推进呈先增大后减小的趋势,采空充填区中部位置附近覆岩的下沉量最大,采场围岩变形具有明显的阶段性增长特征。各中段保留矿体(顶柱)对维持采场围岩稳定、减弱相邻中段间的采矿扰动和降低上覆岩层的变形破坏有积极的作用,受多中段联合开采扰动影响较大、完整性破坏严重的中段保留矿体中的应力可突然释放,出现了局部或整体失稳,威胁采场围岩整体稳定性。确定多中段联合开采扰动条件下采矿进路切圆拱断面形式,其拱高为2.0 m,提出锚网索喷联合支护技术,有效控制采矿进路围岩变形与破坏。     

大埋深跨采巷道变形机理分析

巷道受采动影响时,应力重新分布,围岩处于卸压状态,导致巷道变形严重。针对这一现象,在华恒煤矿-1000m水平副暗斜井,利用现场实时在线监测数据和数值模拟计算,分析了跨采巷道随采煤工作面推进的变形破坏规律。监测数据表明,巷道变形包括顶板下沉、两帮移近和底鼓,其中底板变形破坏最严重。数值模拟分析得出,跨采后的巷道底板和右帮塑性区范围比跨采前有较大增长;在巷道顶底板处,围岩垂直应力处于卸压状态,水平应力出现应力集中现象。垂直应力的卸压和水平应力的横向作用是造成巷道底鼓的力学原因,底板没有采取支护措施是造成底鼓的直接原因。     

动力灾害过程中锚杆支护的极限承载能力数值模拟研究

通过对深部巷道遭受冲击扰动的应力动态演化和围岩破坏的过程进行数值模拟,分析了锚杆与围岩的耦合体系承载冲击的能力,得到了深部锚杆支护巷道抵御动力冲击能力的规律。研究结果表明:水平方向的冲击应力波对巷道底脚和顶板破坏最严重,造成巷道断面挤压变形,同时引起冲击扰动壁面岩块受应力波叠加作用产生弹射;一定的锚杆支护结构在其承载范围能够抵御相应强度的动力冲击,但在更强冲击荷载下对巷道造成的破坏严重加剧,致使锚杆大量失效,并最终导致整个支护体系完全失去支护能力;冲击扰动对靠近扰动源壁面破坏严重,对其他壁面影响较小;原岩应力大小对冲击破坏影响明显,采深越大,冲击扰动造成围岩变形幅度越大,锚杆支护体系破坏更严重。研究结果为进一步开发深部巷道抗冲击破坏稳定性控制技术及制定方案提供了依据。     

鹤壁五矿深部高应力软岩巷道破坏机理及对策

针对鹤壁五矿深部三水平延伸轨道下山高应力软岩巷道支护问题,采用理论分析与数值模拟手段对其变形破坏机理及支护对策进行了研究.结果表明,在深部高地应力及软岩膨胀性作用力的影响下,巷道围岩内部积聚了大量的变形能量,单纯依靠多种支护形式的叠加,而不注重支护体与围岩之间以及支护体之间的耦合是巷道失稳的主要原因.为此,提出了锚网喷+锚索+底角锚杆+桁架耦合支护对策,即通过喷层封闭围岩,锚网柔性支护释放变形能,底角锚杆转移底臌塑性滑移作用力,锚索+桁架支护控制围岩整体变形,从而实现对高应力巷道围岩变形的有效控制.该技术在现场进行了成功应用,取得了良好的效果.     

缓倾斜层状岩体巷道断面形状与支护方式

谦比希铜矿主矿体西区矿岩稳固性差,采动压力大,沿脉进路塌方冒顶严重.针对缓倾斜层状围岩条件,分析了进路冒顶的原因和冒顶后巷道表层压力的变化,得出冒顶后的巷道断面是自适应岩体结构而趋于稳定的巷道断面的结论,据此提出用直立三角形巷道断面取代现用的1/4三心拱巷道断面以及着眼于结构稳定的锚杆支护措施.这一方案实施后,沿脉进路...     

金川二矿区分段道布置位置的优化

结合金川二矿区分段道的现场实际,采用数值模拟、相似材料模拟、技术经济比较和工程地质条件比较相结合的手段,对金川二矿区高应力条件下分段道的最优布置位置进行了研究.研究结果表明:分段道布置在溜井上盘,分段道围岩所处应力环境得到改善,围岩自身的稳定性提高,所受采动影响明显减小,有利于分段道的稳定;分段道布置在溜井上盘,虽然采准工程费用增加,但巷道返修费用减少,同时,分段道所处岩体的工程地质条件得到改善,也有助于分段道的稳定.     

隧道围岩稳定性及其支护作用分析

针对隧道设计中的围岩力学特性及其荷载效应、"支护-围岩"动态作用特点及支护结构体系的协同作用原理3个基本问题进行研究.首先基于对大量山岭隧道围岩变形监测结果的统计分析,指出围岩变形规律和基本特点,以隧道掌子面围岩变形加剧点、初期支护施作和围岩变形稳定作为3个关键节点对"支护-围岩"力学演化过程的作用特点进行分析.提出了"浅层围岩"与"深层围岩"组成复合围岩结构的新理念,对围岩失稳的动态特征进行阐述,并通过计算分析指出了隧道围岩失稳模式、失稳机理和失稳范围的确定方法.基于围岩失稳模式推导作用于支护结构的围岩荷载计算公式,它包括由浅层围岩确定的"给定荷载"和深层围岩传递的"形变荷载"两部分.建立支护结构体系的协同作用力学分析模型,分析了弹塑性条件下影响塑性区变化的关键因素,揭示了初步加固圈层与后续支护圈层的协同作用原理.研究结论对实现隧道工程的动态化、定量化设计和施工具有重要的指导意义.     

原位扩建既有隧道主洞与竖井交叉段扩建型式

为了深入探究原位扩建既有隧道主洞与竖井交叉段的最优扩建型式，依托南岭隧道原位扩建工程，针对竖井与隧道主洞交叉段的扩建过程建立三维有限元模型，并研究单侧扩建、双侧扩建型式下围岩变形及应力随开挖过程的变化规律.考虑竖井与隧道的空间位置关系，基于太沙基理论提出不同扩建型式的隧道围岩压力计算公式.结果表明:两种扩建型式下围岩的变形速率均在掌子面距竖井与隧道交叉断面1倍洞径以内时较大；单侧扩建使围岩应力释放不均并形成偏压效应，产生较双侧扩建更大的围岩应力；扩建型式的选择对围岩压力的分布影响较大，围岩级别在Ⅲ～Ⅴ级时，围岩压力计算值由大到小排序为双侧扩建＞太沙基理论＞单侧扩建.     

Sloboda模型在隧道围岩变形预测中的应用及其适用性分析

隧道围岩变形的监测和分析对于隧道工程的设计和施工都非常关键,鉴于Sloboda生长曲线与隧道围岩变形-时间曲线的相似性,将Sloboda模型引入到围岩变形预测中,通过围岩变形-时间曲线的拟合预测未来围岩变形发展趋势和围岩极限变形值。通过工程实例具体分析了Sloboda模型的适用性,结果表明：Sloboda模型可以较好的拟合隧道围岩变形-时间曲线;围岩变形-时间曲线的波动性以及尾部阶段发展趋势进对Sloboda模型预测效果存在影响;Sloboda模型预测效果要优于指数曲线模型和双曲线模型,具有更好的应用价值。     

豆砾石回填降低双护盾TBM卡机风险的效用影响分析

双护盾TBM掘进豆砾石回填速度对于围岩支护效果具有一定影响,以西藏某公路隧道护盾卡机段为研究对象,构建了双护盾TBM掘进过程数值模拟分析模型,以回填物强度变化直接反应回填时间同时考虑回填段长度变化,研究豆砾石回填对围岩屈服、收敛变形、护盾接触面积、设备推进所需克服摩阻力等影响规律,进而研究豆砾石回填工序对于降低双护盾TBM卡机风险的减灾作用。结果表明：豆砾石快速回填不会改变围岩收敛变形宏观分布特征,对围岩塑形屈服区的总体分布、屈服类型及体积具有一定影响;豆砾石快速回填可以控制围岩收敛变形,减小围岩与护盾接触面积,进而降低TBM推进所需克服护盾摩阻力,具有一定的降低卡机风险效果,但对于挤压变形较大洞段,需要与其他主动防控措施相结合采用,研究结果可为相类似工程进行双护盾TBM护盾卡机风险防控措施选择提供参考。     

极端降雨对黄土沟壑区隧洞施工力学效应影响分析

黄土地区输水隧洞的建设中,降雨入渗极大影响着输水隧洞围岩稳定性。本文利用非饱和渗流理论和数值模拟方法研究了极端降雨条件入渗与黄土沟壑区隧洞的开挖扰动耦合影响下围岩的变形和渗流场演变规律,通过Plaxis3D模型对降雨入渗下新奥法施工过程中围岩力学特性、初期支护过程进行流固耦合分析。结果显示,降雨等级越高,围岩孔隙水压力变化幅度越大,对围岩的稳定性越不利;降雨入渗与开挖扰动会加速土层中渗流场和应力场的重分布过程;基于沟道的汇水特性,隧洞围岩含水率在最初5~10 d呈台阶式增长,拱顶、拱腰和拱趾处的最大变形为17.8 mm、28.2 mm、24.6 mm,最大剪切应力为175.3 kPa、182.5 kPa、150.6 kPa,降雨结束约15~20 d围岩变形速率逐渐减小收敛至特定值,但围岩的应力持续增加,为避免围岩发生塑性变形,故可在15~20 d进行二次衬砌支护。本次研究结果可对极端降雨期黄土沟壑地区隧洞施工安全控制提供参考。     

大型地下洞室群变形实测与数值模拟

以某水电站大型地下洞室群开挖为例,建立了三维数值分析模型,研究了洞室群开挖后洞周围岩的变形特性并分析了锚索应力损失对周围岩体变形和应力状态的影响;通过模拟结果与实测结果进行对比,分析模拟方法的合理性和支护方案的可行性.结果表明,围岩水平位移在洞室边墙中部最大,竖向位移在洞室拱顶最大,在洞室交叉部变形也较为显著;模拟结果与实测结果较接近,能良好地反映洞室实际开挖的过程和围岩的变形规律;锚索预应力损失达到某一程度时会使围岩水平位移显著增大.     

山岭隧道超浅埋段开挖围岩变形分析

随着我国公路、铁路建设的大力发展,山岭隧道洞口段、冲沟段、沟谷等地段的超浅埋问题严重威胁着隧道施工及运营期的安全。本文以某超浅埋山岭隧道为分析对象,采用了数值模拟和现场监测的手段,对超浅埋隧道在开挖条件下围岩的变形进行分析。分析结果表明：当隧道埋深小于2倍隧道直径时,埋深越浅隧道开挖后拱顶下沉位移量越大;超浅埋隧道开挖后围岩的变形可分为三个阶段,即变形急增阶段、变形缓慢阶段和变形平稳阶段;其中,第一阶段围岩产生的变形最大,是隧道开挖过程中重点关注的一个阶段。最后,通过对比分析发现,实际监测数据与模拟结果变化趋势基本吻合,模拟结果的累积变形值略大于实际监测结果,这是因为监测工序晚于开挖工序。因此,掌握超浅埋隧道在开挖过程中的围岩变形规律,并制定科学合理的开挖支护措施对隧道的安全十分重要。本文的研究是基于工程实例开展的,其研究成果对同类工程具有指导意义。     

渗流对CRD法开挖浅埋偏压隧道洞口段影响的分析

针对在隧道洞口段采用CRD法开挖过程中,因渗流作用而导致围岩的物理力学状态发生变化和引发的问题。在考虑渗流的情况下,运用FLAC_3D软件,分析浅埋偏压隧道围岩在CRD法施工时物理力学状态的变化规律。结果表明：在开挖周围产生较集中的漏斗形状的孔隙水压力区域;地形的偏压造成隧洞右侧的应力大于左侧,随着CRD法的分步开挖,每步开挖后造成的导洞在拱顶、底板、边墙处横向均产生了应力集中,左洞在完全开挖与支护后,应力集中现象逐渐减少;在考虑渗流时第三步开挖对初始开挖处围岩变形影响最大;在CRD法开挖过程中,对围岩变形影响较大的是第七步;拱腰和拱顶发生的位移,在考虑渗流时大于未考虑渗流时的情况,但拱底出现与上述相反的现象。