深埋小间距巷道连续-离散耦合分析方法与岩柱破损特性研究

作     者：王昱博 

作者单位：合肥工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：袁海平;温广军

授予年度：2021年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：小间距巷道 岩柱 围岩稳定性 颗粒流 连续-离散耦合分析 

摘      要：在我国交通、采矿工程领域中,时常出现因特殊环境条件影响而布置的小间距隧道,这些隧道往往易受到邻近工程的影响发生较大的变形、破坏甚至坍塌,因此对开挖过程中的小间距隧道及中间岩柱的稳定性进行分析具有重要的工程价值。本文依托华北某煤矿的泥岩地层巷道工程,采用FLAC3D、PFC3D等数值模拟工具,针对小间距深埋巷道开挖过程中对邻近巷道围岩及岩柱所产生的应力重分布机制及空间位移变形规律进行研究,取得了如下主要成果:(1)基于普氏压力拱理论及前人研究成果讨论了小间距隧道围岩荷载的模式及在浅埋、深埋条件下的计算公式,同时根据威尔逊理论得到了岩柱强度破坏的判别式,当岩柱实际受到的荷载大于岩柱的极限荷载强度,岩柱将很可能发生破坏。(2)宏-细观参数匹配是连续-离散耦合数值模拟应用的关键步骤之一。本文采用控制变量法,对泥岩宏观力学参数及颗粒流细观参数之间的影响关系进行研究,找出了单轴抗压强度、弹性模量、泊松比等宏观参数对细观参数的敏感程度,为工程尺度连续-离散模型细观参数的标定提供了一定参考。(3)在前述成果的基础上,标定工程尺度岩体模型的细观参数,运用连续-离散数值模拟方法,从应力、位移及损伤区域等方面分析了深埋小间距巷道的开挖对邻近巷道及岩柱产生的影响。结果表明巷道间距大于等于1.2B时,岩柱应力波动变化较缓,两巷道拱顶、底板位移值均约20～30mm左右,且顶板和底板破坏较小,仅在巷道两侧壁出现少量拉伸破坏,所模拟的小间距巷道两洞间距宜大于1.6B。