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深埋软岩隧洞围岩变形破坏分区规律反演分析

铁道工程学报 2017年第3期34卷 46-52页

作者：于远祥陈宝平张涛张杰西安科技大学西安710054 中铁十二局集团第二工程处太原030032

研究目的:榴桐寨隧道是新建成都至兰州铁路线的关键性控制工程,其围岩大变形问题十分突出,而目前对深埋隧洞围岩流变条件下的变形预测尚无成熟的计算方法。本文在总结现有围岩变形研究成果的基础上,将隧洞围岩简化为理想弹塑性介质并布... 详细信息

研究目的:榴桐寨隧道是新建成都至兰州铁路线的关键性控制工程,其围岩大变形问题十分突出,而目前对深埋隧洞围岩流变条件下的变形预测尚无成熟的计算方法。本文在总结现有围岩变形研究成果的基础上,将隧洞围岩简化为理想弹塑性介质并布设全长锚固锚杆,基于锚杆-围岩协调变形原理,分析杆体表面摩阻力及其轴力的分布规律,由静力平衡条件推导锚杆中性点处的最大轴力值,进而建立变形稳定后围岩的塑性区及松动区半径公式,从理论上确定榴桐寨隧道围岩的松动区及塑性区范围,为优化围岩支护方案及参数提供重要的技术支撑。研究结论:(1)工程实际中,围岩流变是导致深埋隧洞出现大变形的根本原因,隧洞围岩变形通常在初期锚杆支护一段时间后才趋于稳定;(2)隧洞围岩与锚杆协调变形,杆体所受正、负摩阻力的分界面即为杆体中性点,该点杆体与其周围岩体的相对位移及表面摩阻力为零,但其所受轴向拉力达到最大值;(3)通过锚杆所受最大轴力可对变形稳定后的隧洞围岩塑性区及松动区范围进行反演分析,围岩塑性区及松动区范围的大小随岩体黏聚力和内摩擦角的增加而减小,随隧洞半径的增加而增大,但受支护阻力的影响不大;(4)现场应用结果表明,基于锚杆轴力反分析隧洞围岩分区规律的方法是合理可行的,该研究成果对于类似隧洞工程的安全快速施工具有一定的借鉴意义。

关键词：深埋隧洞全长锚固围岩分区反演分析

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破碎围岩巷道新型注浆加固工艺实验研究

地下空间与工程学报 2016年第4期12卷 958-962页

作者：丁自伟邱华富西安科技大学能源学院西安710054 教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室西安710054

破碎围岩巷道是煤矿安全生产的重大隐患之一,而注浆是破碎巷道加固的主要手段,注浆工艺的适应性对于煤矿安全生产具有重要意义。针对实验巷道极破碎围岩锚杆(索)孔成孔困难、锚固效果差等问题,采取不同的注浆工艺对巷道破碎围岩进行分... 详细信息

破碎围岩巷道是煤矿安全生产的重大隐患之一,而注浆是破碎巷道加固的主要手段,注浆工艺的适应性对于煤矿安全生产具有重要意义。针对实验巷道极破碎围岩锚杆(索)孔成孔困难、锚固效果差等问题,采取不同的注浆工艺对巷道破碎围岩进行分区加固,并对注浆后围岩变形进行观测。观测结果表明:XV1101巷注浆加固完成后,巷道两帮变形和顶底板的移近量均比较小,两帮移近量最大72 mm,底鼓量最大为166 mm;XV1102巷注浆加固完成后,两帮移近量最大55 mm,底鼓量最大为46 mm,变形量更小。实验所提出新型注浆加固工艺对破碎巷道的加固效果较好,新的注浆工艺和注浆锚杆(索)有效地控制了巷道变形。

关键词：破碎围岩围岩分区分层注浆加固巷道变形

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急斜特厚煤层水平分段放顶煤安全开采的研究

矿山压力与顶板管理 2005年第1期22卷 18-20页

作者：高召宁石平五安徽理工大学资源开发与管理工程系安徽淮南232001 西安科技大学能源科学与工程学院陕西西安710054

急斜特厚煤层水平分段放顶煤开采过程顶煤和围岩的破坏过程存在明显的分区,顶煤中拱结构的失稳破坏是造成工作面来压的机理,大段高开采情况下,沿采面推进方向可能形成的大跨度的拱结构和顶板大范围悬露是围岩灾变的关键源,分析了灾变危... 详细信息

急斜特厚煤层水平分段放顶煤开采过程顶煤和围岩的破坏过程存在明显的分区,顶煤中拱结构的失稳破坏是造成工作面来压的机理,大段高开采情况下,沿采面推进方向可能形成的大跨度的拱结构和顶板大范围悬露是围岩灾变的关键源,分析了灾变危险性的可监测性,从灾变危险性发展的动态过程出发,形成了预测预报大范围围岩垮落灾变危险性和预测预报采面来压的判断-分析-监测-对策-判断综合决策系统。

关键词：围岩分区灾变关键源危险性监测综合决策

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锚杆支护体与巷道围岩耦合后力学模型研究

煤炭工程 2021年第12期53卷 113-117页

作者：王国普周宏范常雁冯明中煤新集能源股份有限公司安徽淮南232001 北京安科兴业科技股份有限公司北京102200

为明确刘庄煤矿150802工作面锚杆支护体安装后与巷道围岩相互耦合后力学承载机制,同时针对刘庄煤矿巷道围岩变形严重、锚杆索支护困难等问题,采用理论分析、公式推导、数值模拟及现场工业试验等技术方法,建立巷道开挖后锚杆安装在不同... 详细信息

为明确刘庄煤矿150802工作面锚杆支护体安装后与巷道围岩相互耦合后力学承载机制,同时针对刘庄煤矿巷道围岩变形严重、锚杆索支护困难等问题,采用理论分析、公式推导、数值模拟及现场工业试验等技术方法,建立巷道开挖后锚杆安装在不同围岩分区耦合后的力学本构模型,并推导力学表达式,采用FLAC^(3D)数值软件验证了锚杆安装在不同围岩分区后所构建模型的正确性,并进行工程实践。研究结果表明:锚杆安装在塑性区围岩和弹性区围岩的力学状态存在较大差异,塑性区围岩中锚杆形变变化趋势明显大于安装在弹性区围岩,其变化趋势与公式所表达差异相一致,可以作为研发矿压风险预警系统中单项锚杆支护体预警的理论依据。

关键词：围岩分区围岩控制巷道支护锚杆支护本构模型

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多因素影响的深埋圆形巷道弹塑性力学统一解

多因素影响的深埋圆形巷道弹塑性力学统一解

作者：蔡永彬安徽建筑大学

学位级别：硕士

地下深埋巷道所处环境复杂,其应力、应变、位移和塑性区半径的分布规律在设计过程中非常重要。为方便研究,视圆形巷道问题为平面应变问题,建立多种因素影响下圆形巷道的统一解,分析巷道围岩应力、应变、位移、塑性区分布规律,本文采用... 详细信息

地下深埋巷道所处环境复杂,其应力、应变、位移和塑性区半径的分布规律在设计过程中非常重要。为方便研究,视圆形巷道问题为平面应变问题,建立多种因素影响下圆形巷道的统一解,分析巷道围岩应力、应变、位移、塑性区分布规律,本文采用理论推导与数值模拟两种研究方法得到计算结果,并结合现场监测结果进行对比分析,得到结论如下:(1)综合考虑流变、不同强度准则、应变软化、中间主应力、扩容等情况,建立圆形巷道四分区、三分区模型,引入平面应变条件下圆形巷道受多种因素影响的弹塑性本构方程,由位移连续条件和应力连续条件,得到了巷道围岩四分区模型和三分区模型应力、应变、位移和塑性区半径解析解。(2)基于双剪统一强度理论和三剪统一强度理论,分别求解出双剪统一解(四分区)、双剪统一解(三分区)、三剪统一解(四分区)、三剪统一解(三分区),其中四分区和三分区的区别主要在塑性硬化区,该区域的应力状态和弹性区相同,由于考虑岩石流变作用,应变和位移会随着时间的流逝而增加,最终会影响巷道围岩应力、应变、位移布情况。将本文的双剪统一解(四分区)、三剪统一解(四分区)、峰值强度解和公开发表的M-C解、D-P解进行对比分析,求出巷道围岩径向应力和切向应力由不同强度准则引起的变化规律,结果表明:半径相同时,径向应力值大小整体表现为,峰值强度解>双剪统一解(或三剪统一解)>M-C解>D-P解;弹性区内切向应力表现为,峰值强度解M-C解>D-P解。(3)深埋圆形巷道弹塑性统一解影响因素分析。随着统一强度理论参数b/m增大,巷道围岩塑性区半径和内边界位移均表现出减小的情况。通过控制粘弹性模量E和初始粘聚力c的值来体现流变特征的影响,结果表明:随着E和c增加,巷道围岩塑性区半径和内边界位移均线性减小。内摩擦角φ对巷道围岩塑性区半径和内边界位移的影响和流变特征相同。塑性软化区的扩容系数由内摩擦角φ确定,随着塑性软化区扩容系数η和流动区的扩容系数η增加,巷道围岩塑性区半径和内边界位移逐渐减小。初始地应力P对巷道围岩塑性区半径和内边界位移影响较大,随着P增加,巷道围岩塑性区半径和内边界位移明显变大。(4)采用FLAC 3D自身携带的幂律材料模型来模拟岩石的蠕变,固定模型四周和底面,选取侧压力系数λ=1,并将上覆岩体的自重简化为面力施加在模型上,对圆形巷道的应力场、位移场以及塑性区分布情况进行数值模拟,得到以下结论:沿着巷道半径方向,径向应力逐渐增大,切向应力先增大后减小;位移最大值出现在巷道内边界处,和解析计算的结果基本一致;塑性区的分布规律表现为,四分区模型的塑性区范围要明显大于三分区模型。图[34]表[2]参[70]

关键词：流变四阶段应变软化扩容围岩分区统一强度理论 FLAC 3D

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基于中性面巷道围岩控制技术研究

甘肃水利水电技术 2022年第10期58卷 33-38页

作者：高培程曦文朱冬张清全曾唯恐唐君立四川泸石高速公路有限责任公司四川泸定626100

针对钱家营矿2021E工作面回风巷变形大、原有支护失效的情况,提出基于中性面的“锚杆(索)+锚网+钢筋网”支护体系。通过分析确定围岩中性面位置及范围变化特征,然后建立围岩分区模型,确定流动区半径为6.08 m,塑性软化区半径为8.31 m,塑... 详细信息

针对钱家营矿2021E工作面回风巷变形大、原有支护失效的情况,提出基于中性面的“锚杆(索)+锚网+钢筋网”支护体系。通过分析确定围岩中性面位置及范围变化特征,然后建立围岩分区模型,确定流动区半径为6.08 m,塑性软化区半径为8.31 m,塑性硬化区半径为9.27 m。进一步模拟分析确定无支护、原始支护和优化支护下围岩中性面的分布位置,利用理论分析和工业试验分析对比,确定优化支护方案比原始支护在顶底板移近量和两帮变形量控制上的效能分别提高约88.30%和43.78%,确定优化支护方案能够较好地控制变形。

关键词：中性面范围中性面位置围岩分区支护围岩强度

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二滩水电厂地下厂房洞室群监测成果分析

水电工程研究 1998年第3期 14-19页

作者：蔡德文国家电力公司成都勘测设计研究院科研所

二滩水电站地下厂房洞室群在施工开挖过程中出现了较大的围岩收敛变形。本文从安全监测的角度分析了围岩变形的规律、特点及影响因素，提出利用变形梯度对围岩变形分区的概念及应用，对围岩的稳定性评价较好参考价值。

关键词：变形仪器围岩分区多点位移计监测厂房