松动圈下锚固结构特性分析及围岩稳定性研究
发布时间：2021-08-27 22:48
锚杆等支护手段中,不仅仅在巷道表面提供支护力,同时在巷道一定范围内形成锚固结构,在巷道稳定性控制过程中,主要由支护力和结构强度两个因素共同作用控制围岩稳定性,为了分析进一步锚杆支护过程中与围岩作用的机理。本文在前人研究的基础上,分析出锚杆支护体系下与围岩的关系影响因素,并建立锚固结构强度计算模型,分析在不同的松动圈下,锚固结构在不同围岩条件下其力学表现形式,并提出了“锚固界限厚度”和“支护力放大系数”概念。将考虑锚固结构作用下围岩的弹塑性解与传统的围岩弹塑性解进行比较。相关研究工作与成果如下:（1）梳理巷道开挖后松动圈的形成及不同松动圈下围岩力学表现,得到松动圈范围内的岩体是巷道收敛的主要影响因素,控制松动圈发育是维护巷道稳定性的关键。总结了目前松动圈的测试手段,并通过数值模拟得到影响松动圈范围的因素。（2）支护结构对围岩的控制要由支护力和结构强度两个因素共同作用,其中结构强度中包括结构尺寸和材料参数。在此基础上提出了锚固结构的力学计算模型,并得到锚固结构的强度表达式,根据锚固结构厚度变化b和支护力变化pi,发现结构强度对围岩提供的径向应力占据主要作用,二者协调作...
【文章来源】：安徽理工大学安徽省
【文章页数】：115 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
形存在较大的差异，导致巷道围岩的应力分布具有不同的特点，尤其是大松动岩劣化严重，岩体的残余强度较低，也是巷道出现大变形的主要原因，也是支点和难点。因此在巷道支护时应以围岩的变形机制和特点为基础，尽可能的对岩损伤情况充分的了解，寻找巷道变形的主要原因，在多个影响因素中寻找主，为巷道稳定性研究提供主要依据。1 松动圈的形成及围岩损伤在地下巷道开挖前，岩体处于三向应力平衡状态，开挖后围岩应力重新分布浅部的切向应力集中，径向应力下降，围岩的应力状态由三向变为二向应力状致岩石强度大幅度下降，巷道周边的岩体进一步劣化，并向深部扩展，直至达个新的三向应力平衡状态为止，此时围岩中出现一个破裂带，这个破裂带称为动圈[6]。大量现场实测表明，在进行地下工程施工过程中松动圈普遍存在，小~30cm，大的往往超过 300cm。
图 8 线性弱化理想残余塑性模型Fig8 Linear weakening ideal residual plasticity model忽略岩石峰值强度以前的初始损伤，则单轴压缩条件下的一维损伤演化方程为=0 ( ≤ ) 1 ( ≤ ) (2 1式中：D 为岩石损伤变量； 为单轴压缩过程中的应变； 为峰值应力对应的变，可由单轴压缩应力-应变曲线获得；E 为岩石的弹性模量； 为降模量。开挖后的巷道会出现收敛位移，位移量主要由巷道开挖后瞬时弹性位移 U弹和体受到开挖扰动后打破原有应力平衡条件出现的持续性塑性变形 U塑，而在松动圈围内的岩体超过了其自身强度，导致碎胀，剪切滑移产生位移 U松，如果在围岩中现膨胀性矿物和水反应，会导致巷道膨胀变形位移 U水，具有膨胀变形特性的围岩挖前，一般有较高强度，开挖后受外界因素影响较大（如扰动、遇水、风化等）致
【参考文献】：
期刊论文
[1]高应力破碎巷道仿根系固土支护与控制对策[J]. 苏华友,蒋滨,张康宁,骆循. 地下空间与工程学报. 2018(05)
[2]断层破碎带中巷道围岩大变形机理及控制技术研究[J]. 陈晓祥,吴俊鹏. 采矿与安全工程学报. 2018(05)
[3]软弱围岩巷道变形机理及返修控制技术[J]. 陈顺满,吴爱祥,王少勇,陈勋,王勇. 中国矿业大学学报. 2018(04)
[4]软弱破碎巷道围岩深浅承载结构力学分析及数值模拟[J]. 赵光明,张小波,王超,孟祥瑞. 煤炭学报. 2016(07)
[5]大松动圈围岩锚网索联合支护参数确定方法探讨[J]. 于凤海,赵同彬,胡善超,郭伟耀. 岩土力学. 2016(07)
[6]锚杆构件力学性能及匹配性[J]. 康红普,林健,吴拥政,程蓬,孟宪志,任硕. 煤炭学报. 2015(01)
[7]锚杆支护应力场测试与分析[J]. 康红普,姜鹏飞,蔡嘉芳. 煤炭学报. 2014(08)
[8]特厚松软复合顶板巷道拱–梁耦合支护结构的构建及应用研究[J]. 苏学贵,宋选民,李浩春,原鸿鹄,李本奎. 岩石力学与工程学报. 2014(09)
[9]基于地质雷达探测技术的巷道围岩松动圈测定[J]. 伍永平,翟锦,解盘石,吴学明,卓青松. 煤炭科学技术. 2013(03)
[10]深井巷道两帮锚固体作用机理及稳定性分析[J]. 勾攀峰,辛亚军,申艳梅,张和. 采矿与安全工程学报. 2013(01)
博士论文
[1]锚固复合承载体承载特性研究及在巷道锚杆支护设计中的应用[D]. 张益东.中国矿业大学 2013
[2]中国煤炭资源可持续利用的经济学研究[D]. 赵震宇.吉林大学 2010
[3]深部煤巷围岩控制内、外承载结构耦合稳定原理的研究[D]. 李树清.中南大学 2008
[4]巷道围岩弱结构损伤破坏效应与非均称控制机理研究[D]. 樊克恭.山东科技大学 2003
本文编号：3367249
【文章来源】：安徽理工大学安徽省
【文章页数】：115 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
形存在较大的差异，导致巷道围岩的应力分布具有不同的特点，尤其是大松动岩劣化严重，岩体的残余强度较低，也是巷道出现大变形的主要原因，也是支点和难点。因此在巷道支护时应以围岩的变形机制和特点为基础，尽可能的对岩损伤情况充分的了解，寻找巷道变形的主要原因，在多个影响因素中寻找主，为巷道稳定性研究提供主要依据。1 松动圈的形成及围岩损伤在地下巷道开挖前，岩体处于三向应力平衡状态，开挖后围岩应力重新分布浅部的切向应力集中，径向应力下降，围岩的应力状态由三向变为二向应力状致岩石强度大幅度下降，巷道周边的岩体进一步劣化，并向深部扩展，直至达个新的三向应力平衡状态为止，此时围岩中出现一个破裂带，这个破裂带称为动圈[6]。大量现场实测表明，在进行地下工程施工过程中松动圈普遍存在，小~30cm，大的往往超过 300cm。
图 8 线性弱化理想残余塑性模型Fig8 Linear weakening ideal residual plasticity model忽略岩石峰值强度以前的初始损伤，则单轴压缩条件下的一维损伤演化方程为=0 ( ≤ ) 1 ( ≤ ) (2 1式中：D 为岩石损伤变量； 为单轴压缩过程中的应变； 为峰值应力对应的变，可由单轴压缩应力-应变曲线获得；E 为岩石的弹性模量； 为降模量。开挖后的巷道会出现收敛位移，位移量主要由巷道开挖后瞬时弹性位移 U弹和体受到开挖扰动后打破原有应力平衡条件出现的持续性塑性变形 U塑，而在松动圈围内的岩体超过了其自身强度，导致碎胀，剪切滑移产生位移 U松，如果在围岩中现膨胀性矿物和水反应，会导致巷道膨胀变形位移 U水，具有膨胀变形特性的围岩挖前，一般有较高强度，开挖后受外界因素影响较大（如扰动、遇水、风化等）致
【参考文献】：
期刊论文
[1]高应力破碎巷道仿根系固土支护与控制对策[J]. 苏华友,蒋滨,张康宁,骆循. 地下空间与工程学报. 2018(05)
[2]断层破碎带中巷道围岩大变形机理及控制技术研究[J]. 陈晓祥,吴俊鹏. 采矿与安全工程学报. 2018(05)
[3]软弱围岩巷道变形机理及返修控制技术[J]. 陈顺满,吴爱祥,王少勇,陈勋,王勇. 中国矿业大学学报. 2018(04)
[4]软弱破碎巷道围岩深浅承载结构力学分析及数值模拟[J]. 赵光明,张小波,王超,孟祥瑞. 煤炭学报. 2016(07)
[5]大松动圈围岩锚网索联合支护参数确定方法探讨[J]. 于凤海,赵同彬,胡善超,郭伟耀. 岩土力学. 2016(07)
[6]锚杆构件力学性能及匹配性[J]. 康红普,林健,吴拥政,程蓬,孟宪志,任硕. 煤炭学报. 2015(01)
[7]锚杆支护应力场测试与分析[J]. 康红普,姜鹏飞,蔡嘉芳. 煤炭学报. 2014(08)
[8]特厚松软复合顶板巷道拱–梁耦合支护结构的构建及应用研究[J]. 苏学贵,宋选民,李浩春,原鸿鹄,李本奎. 岩石力学与工程学报. 2014(09)
[9]基于地质雷达探测技术的巷道围岩松动圈测定[J]. 伍永平,翟锦,解盘石,吴学明,卓青松. 煤炭科学技术. 2013(03)
[10]深井巷道两帮锚固体作用机理及稳定性分析[J]. 勾攀峰,辛亚军,申艳梅,张和. 采矿与安全工程学报. 2013(01)
博士论文
[1]锚固复合承载体承载特性研究及在巷道锚杆支护设计中的应用[D]. 张益东.中国矿业大学 2013
[2]中国煤炭资源可持续利用的经济学研究[D]. 赵震宇.吉林大学 2010
[3]深部煤巷围岩控制内、外承载结构耦合稳定原理的研究[D]. 李树清.中南大学 2008
[4]巷道围岩弱结构损伤破坏效应与非均称控制机理研究[D]. 樊克恭.山东科技大学 2003
本文编号：3367249
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