含煤隧道围岩稳定性分析及支护结构优化

发布时间：2017-09-29 11:13

  本文关键词：含煤隧道围岩稳定性分析及支护结构优化

  更多相关文章： 含煤隧道 围岩稳定性 数值模拟 渗流 支护优化

【摘要】：我国地缘辽阔人口众多,但地域资源分配很不均匀,交通运输建设成为我国首当其冲的发展目标。隧道建设不可避免的会穿过含煤系岩层地段,含煤地层地质情况多错综复杂,不稳定煤层常给隧道的施工建设造成严重困扰。目前我国针对含煤隧道围岩稳定性的研究较少,含煤隧道较矿区洞室跨度更大、通车速度更快、路面要求更高,施工规范难以相互参考。因此针对含煤隧道围岩稳定性的研究具有现实意义和工程应用价值。本文以实际工程为研究背景,在对含煤隧道围岩性状进行分析的基础上,利用有限元软件Midas GTS NX对工程中煤层围岩稳定性进行了数值模拟,主要进行工作如下:1、结合当前岩层隧道施工中遇到的问题,阐述了针对岩层稳定性研究的常用分析方法,并对含煤隧道的施工处置措施进行了归纳与整理。2、利用有限元软件Midas GTS NX,选择合适的岩土模型,针对具体工程进行了不同工况下围岩稳定性的模拟。分析了地下水渗流对岩体稳定性的不利影响,认为不含地下水的岩层力学稳定性明显优于含地下水岩层,渗流面位于拱顶及拱腰处含煤隧道岩层稳定性最差。3、模拟含煤隧道施工中各种走向含煤隧道开挖工况,认为含近水平走向含煤隧道的岩层稳定性影响最严重,应力主要集中在隧道顶部及腰部附近。顺坡走向煤层边墙处应力明显高于逆坡走向煤层。4、对比不同产状含煤隧道工况数据,认为隧道含煤部位应力往往较为集中,变形最大,在施工中应该做好强支护措施。煤层位于隧道拱顶处的围岩稳定性最差,顶部围岩极易出现冒顶、岩层剥落甚至坍塌,需要在施工中做好预支护,设立拱架,若有地下水渗流,还需要进行排水防渗措施,进一步保证围岩的稳定性。5、模拟不同煤层厚度情况下含煤隧道围岩的稳定性。通过对比发现煤层位于施工台阶线上方,随着煤层厚度的增加围岩稳定性降低;煤层位于台阶线下方,随着煤层厚度的增加围岩稳定性增加。隧道仰拱处围岩应力受煤层影响最小,说明施做仰拱的重要性。同时下台阶围岩稳定性要优于上台阶,在施工设计时需要注意加强上台阶锚杆、初支的强度,以保证施工的顺利进行。最后,通过对围岩稳定性影响的对比分析,总结出一些围岩稳定性规律,并对实际工程中的围岩支护结构提出了一些优化建议。
【关键词】：含煤隧道 围岩稳定性 数值模拟 渗流 支护优化
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U451.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 引言9-14
• 1.1 研究意义9-10
• 1.2 研究现状10-12
• 1.3 主要研究工作12-14
• 第二章 含煤隧道围岩性状分析及处理方法14-26
• 2.1 概述14-19
• 2.1.1 工程地质类比法14-15
• 2.1.2 力学分析法15-17
• 2.1.3 不确定性统计法17-18
• 2.1.4 数值模拟计算法18
• 2.1.5 人工神经网络法18-19
• 2.2 含煤隧道不良地质灾害类型19-20
• 2.3 含煤隧道施工处置措施20-26
• 2.3.1 含煤隧道地质调查20-21
• 2.3.2 地质超前预报21-22
• 2.3.3 含煤隧道瓦斯含量监控及通风22-24
• 2.3.4 含煤隧道揭煤防突24-26
• 第三章 有限元的实现过程26-43
• 3.1 软件Midas GTS NX26-29
• 3.1.1 建模注意事项26-27
• 3.1.4 单元体的种类27-29
• 3.2 模型工程背景29-36
• 3.2.1 工程概况29-30
• 3.2.2 水文地质情况30-32
• 3.2.3 煤层段地质概况32-33
• 3.2.4 隧道土工设计33-36
• 3.3 有限元模拟过程36-43
• 3.3.1 力学属性模型和屈服准则38-39
• 3.3.2 Midas GTS NX软件模拟隧道施工工法39-43
• 第四章 工况模拟及围岩稳定性研究43-78
• 4.1 含煤隧道渗流影响分析43-47
• 4.2 含煤隧道不同倾角煤层对围岩稳定性的影响分析47-50
• 4.2.1 模型建立47-48
• 4.2.2 隧道围岩模型计算结果及分析48-50
• 4.3 含煤隧道拱顶分布煤层对围岩稳定性的影响分析50-59
• 4.3.1 模型建立50-51
• 4.3.2 隧道围岩模型计算结果及分析51-59
• 4.4 含煤隧道拱腰分布煤层对围岩稳定性的影响分析59-64
• 4.4.1 模型建立59
• 4.4.2 隧道围岩模型计算结果及分析59-64
• 4.5 含煤隧道边墙分布煤层对围岩稳定性的影响分析64-70
• 4.5.1 模型建立64-65
• 4.5.2 隧道围岩模型计算结果及分析65-70
• 4.6 含煤隧道底脚仰拱分布煤层对围岩稳定性的影响分析70-76
• 4.6.1 模型建立70-71
• 4.6.2 隧道围岩模型计算结果及分析71-76
• 4.7 本章小结76-78
• 第五章 支护结构优化建议78-84
• 5.1 渗流隧道优化建议78-79
• 5.2 不同走向含煤隧道优化建议79-80
• 5.3 不同部位分布含煤隧道优化建议80-84
• 第六章 结论及展望84-87
• 6.1 结论84-85
• 6.2 展望85-87
• 参考文献87-90
• 致谢90-91
• 附录91

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本文编号：941674