不同埋深和不同断面尺寸巷道的围岩变形破坏规律研究
发布时间：2020-09-15 07:20
井工矿生产工作中往往会根据不同的生产任务,掘进开挖不同埋深、不同形状和不同断面尺寸的巷道。巷道围岩的变形破坏密切关系到井工矿的安全生产。本文通过巷道围岩位移的量纲分析发现巷道围岩的位移随着埋深或巷道断面尺寸改变而呈有规律的变化,具体的规律关系通过颗粒流(PFC)数值模拟试验研究。基于颗粒流软件进行了不同埋深和不同断面尺寸的直墙半圆拱巷道、正方形巷道的开挖模拟;针对PFC通过history监测位移精度不足的问题,通过fish语言编写了计算围岩精确位移并输出位移的代码;并从位移、应力、能量等几个方面,研究了巷道围岩随巷道埋深、断面尺寸变化时的变形破坏情况和变形破坏规律。取得了如下主要结论:(1)巷道变形破坏随埋深、断面尺寸的增加而变严重。直墙半圆拱巷道变形、破坏主要发生在直墙与半圆拱连接位置、帮下部与底角位置;正方形巷道主要发生帮部围岩鼓出、崩落和巷道对角位置围岩破裂等变形破坏。(2)若巷道断面尺寸不变,随着埋深增加,巷道围岩顶底部、顶角位置围岩的竖向位移与埋深有较好的线性关系,巷道底角和帮部围岩的竖向位移与埋深在一定埋深内有线性关系。但巷道围岩的水平位移与埋深的拟合关系不明显。(3)若埋深不变,随着巷道断面尺寸增加,直墙半圆拱巷道和正方形巷道顶底部围岩的竖向位移均与断面特征尺寸(巷道宽度、边长)有较好的线性关系。直墙半圆拱巷道的45°顶角位置围岩的竖向位移与断面特征尺寸也有较好的线性关系。(4)巷道围岩的竖向应力在帮部围岩最大;直墙半圆拱巷道的水平应力在底角围岩最大;正方形巷道的水平应力在顶底角围岩最大。随着埋深增加,侧压力系数不变的情况,巷道周边岩体的竖向应力和水平应力与埋深有线性关系。(5)巷道开挖引起的围岩能量发展变化分为能量释放、能量恢复和能量稳定三个阶段。巷道围岩的能量变化量与巷道埋深之间有二次函数的拟合关系,巷道围岩的能量变化量与巷道断面面积有一次函数的线性拟合关系。
【学位单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD322
【部分图文】：
颗粒流软件的理论基础是力与位移关系、牛顿第二定律。颗粒流数值模型逡逑的本构关系是力与位移关系，颗粒介质的运动法则是牛顿第二定律。颗粒流软逡逑件计算原理图如图３．１。在每一个运算时间步的开始，先通过颗粒和墙体的位置逡逑情况，更新颗粒之间、颗粒与墙体之间的接触情况。接着在颗粒之间、颗粒与逡逑墙体之间相对运动基础上，通过力与位移关系法则计算颗粒之间、颗粒与墙体逡逑之间的接触力［５６’５７］。然后通过颗粒所受到的力和力矩，使用牛顿第二定律、颗逡逑粒的平动与转动方程计算颗粒的速度和位置。逡逑更新颗粒、墙体位置以及设置接触逡逑｜邋／邋｜邋｜邋＼邋｜逡逑运动法则逦￣力与位移关系逡逑（应用在k胃隹帕＃╁危ㄓτ迷诿扛鼋哟ィ╁义虾狭Α⒘劐蜗喽栽硕⒈竟构叵靛义希苠危义辖哟チ﹀义贤迹常笨帕Ａ魅砑扑阍硗煎义希疲椋纾澹常卞澹校疲缅澹悖幔欤悖酰欤幔簦椋铮铄澹螅悖瑁澹恚幔簦椋沐澹洌椋幔纾颍幔礤义峡帕Ａ魅砑斜硎究帕Ｖ湎嗷プ饔玫哪Ｐ椭饕薪哟ジ斩饶Ｐ汀⒒ｅ义闲秃宛そ崮Ｐ汀＝哟ジ斩饶Ｐ驮诳帕Ｖ涿挥猩柚灭そ幔簧柚每帕５母斩龋义希保冲义
本文编号：2818679
【学位单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD322
【部分图文】：
颗粒流软件的理论基础是力与位移关系、牛顿第二定律。颗粒流数值模型逡逑的本构关系是力与位移关系，颗粒介质的运动法则是牛顿第二定律。颗粒流软逡逑件计算原理图如图３．１。在每一个运算时间步的开始，先通过颗粒和墙体的位置逡逑情况，更新颗粒之间、颗粒与墙体之间的接触情况。接着在颗粒之间、颗粒与逡逑墙体之间相对运动基础上，通过力与位移关系法则计算颗粒之间、颗粒与墙体逡逑之间的接触力［５６’５７］。然后通过颗粒所受到的力和力矩，使用牛顿第二定律、颗逡逑粒的平动与转动方程计算颗粒的速度和位置。逡逑更新颗粒、墙体位置以及设置接触逡逑｜邋／邋｜邋｜邋＼邋｜逡逑运动法则逦￣力与位移关系逡逑（应用在k胃隹帕＃╁危ㄓτ迷诿扛鼋哟ィ╁义虾狭Α⒘劐蜗喽栽硕⒈竟构叵靛义希苠危义辖哟チ﹀义贤迹常笨帕Ａ魅砑扑阍硗煎义希疲椋纾澹常卞澹校疲缅澹悖幔欤悖酰欤幔簦椋铮铄澹螅悖瑁澹恚幔簦椋沐澹洌椋幔纾颍幔礤义峡帕Ａ魅砑斜硎究帕Ｖ湎嗷プ饔玫哪Ｐ椭饕薪哟ジ斩饶Ｐ汀⒒ｅ义闲秃宛そ崮Ｐ汀＝哟ジ斩饶Ｐ驮诳帕Ｖ涿挥猩柚灭そ幔簧柚每帕５母斩龋义希保冲义
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