前伏溶洞巷道开挖突水数值模拟研究

发布时间：2021-06-12 08:03

　　为研究前伏溶洞对巷道开挖围岩稳定性的影响,文章结合工程实例,采用FLAC^3D建立考虑渗流-应力-损伤相互影响的数值模型,分析了溶洞巷道围岩在开挖过程中应力、变形、塑性区以及渗流场的变化特征。分析结果表明:（1）当工作面靠近溶洞时,溶洞对巷道前方岩体的分区破裂损伤现象有一定的抑制作用;（2）随着工作面距溶洞距离的减小,巷道工作面岩体最大位移将逐渐增大并出现"突变"特征,同时最大位移位置也会随着涌水通道的变化而不断变化;（3）当防水岩柱小于一定厚度时,前伏溶洞巷道围岩涌水量将会突然增大,表现出明显的突水现象;（4）巷道围岩渗流与渗透系数变化是导致前伏溶洞巷道突然发生坍塌、掉块以及突水的根本原因。 

【文章来源】：现代隧道技术. 2020,57(03)北大核心CSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

1 不同分析方法下巷道围岩的最大位移

图10给出了以上4种分析方法下当d=4 m时巷道围岩的塑性区分布图。由图可知，方法A和B的围岩塑性区分布规律分别与方法C和D保持一致，但方法B和D的塑性区大小要明显大于A和C。这说明围岩渗透系数的变化对巷道围岩塑性区影响较小，而围岩渗流与否以及溶洞周边初始水压力的分布则对巷道围岩塑性区分布具有很大的影响。因此，在研究含水溶洞对巷道围岩破裂屈服影响时，必须考虑渗流以及地层水压力的分布情况。图11为方法A,B和C计算条件下巷道工作面以及拱顶处岩体的最大位移，与图6对比可以看出：不同分析方法计算得到的巷道围岩位移差别很大，其中，方法A下围岩位移最大，方法D次之，方法B再次之，方法C最小。这主要是因为：方法A下围岩孔隙水无法渗出，导致巷道开挖后，巷道周边围岩赋存的高水压力直接作用于围岩本身，其围岩位移最大；而方法C由于溶洞内高水压力没有得到扩散，只能在巷道工作面接近溶洞时才会对围岩变形产生影响，因此该方法下围岩位移最小；方法D由于考虑围岩渗透系数变化影响，溶洞内高水压力能够快速通过涌水通道影响围岩变形，因此方法D围岩变形要大于方法B。由巷道向溶洞推进过程中围岩最大位移变化规律上看，方法C和D下工作面围岩最大位移都具有明显的突变特征，这表明巷道围岩渗流与渗透系数变化都是导致巷道突然发生坍塌和掉块的关键原因。

巷道围岩涌水量随工作面距溶洞距离的变化规律

【参考文献】：
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本文编号：3226256