考虑渗流作用的深部巷道围岩流变特性及控制机理研究

发布时间：2017-09-07 08:35

  本文关键词：考虑渗流作用的深部巷道围岩流变特性及控制机理研究

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【摘要】：地下水渗流是导致深部巷道围岩剧烈流变大变形与破裂失稳的重要因素之一,开展渗流-应力耦合作用下深部巷道围岩流变特性及其控制机理的研究,对于解决我国大量的深部富水巷道围岩控制难题具有重要的理论与工程意义。本文以深部富水巷道工程地质条件为研究背景,综合运用实验室试验、理论分析、数值模拟和现场监测相结合的方法,对渗流-应力耦合作用下深部巷道围岩流变特性及控制机理进行深入系统地研究,取得了以下创新性成果:(1)利用自主研发的岩石渗流试验装置,配合MTS816岩石电液伺服试验系统,系统开展了岩石峰后流变-渗流耦合试验,获得了不同峰后应力状态、围压及孔隙水压下岩石峰后流变变形、流变速率、渗透系数等随时间的演化规律,揭示了渗流-应力耦合作用下岩石峰后的流变特性及渗透特性,并结合岩石CT扫描和电镜扫描(SEM)试验,查明了渗流-应力耦合作用下岩石流变破坏形式和微细观破裂机理。(2)基于岩石峰后流变-渗流耦合试验结果,引入非线性粘塑性体改进西原模型,建立了考虑渗流作用的岩石峰后非线性流变模型,利用Laplace积分变换推导了岩石峰后非线性流变三维本构方程,借助Newton-Quasi非线性优化算法辨识了模型中的流变参数。将该模型与经典的流-固耦合理论相结合,建立了岩石峰后非线性流变-渗流耦合模型,并将其嵌入至FLAC3D软件中,对渗流作用下岩石三轴压缩流变过程进行数值模拟,模拟结果与试验结果吻合良好,证明了该模型的有效性与可靠性。(3)以典型的深部富水巷道工程地质条件为背景,利用提出的岩石峰后非线性流变-渗流耦合模型,建立了渗流-应力耦合作用下深部巷道三维数值计算模型,系统地研究了考虑渗流作用的深部巷道围岩应力场、位移场、塑性区分布及渗流场随时间的演化特征,分析了不同孔隙水压和时间等因素对巷道围岩流变变形、破坏形态和渗流行为的影响规律,揭示了渗流-应力耦合作用下深部巷道围岩流变大变形与破裂失稳机理。(4)针对深部富水巷道围岩的流变大变形特征,提出了一种以高强让压注浆锚杆为核心的“让压-锚注”耦合控制方法,系统研究了不同让压距离、不同让压载荷以及不同注浆时机对渗流作用下深部巷道围岩应力、变形、塑性区分布的影响规律,揭示了“让压-锚注”耦合作用对深部富水巷道围岩大变形的控制机理,为解决我国深部富水巷道围岩控制难题提供了一条新的技术途径。
【关键词】：深部巷道 渗流 流变特性 让压 锚注
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD353
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• Extended Abstract8-25
• 1 绪论25-40
• 1.1 研究背景及意义25-27
• 1.2 国内外研究现状27-36
• 1.3 存在的主要问题36-37
• 1.4 研究内容与技术路线37-40
• 2 岩石峰后流变-渗流耦合试验研究40-73
• 2.1 岩石的组分与微结构分析41-45
• 2.2 岩石三轴压缩试验及峰后裂纹分布规律45-58
• 2.3 岩石峰后流变-渗流耦合试验研究58-71
• 2.4 本章小结71-73
• 3 岩石峰后流变-渗流耦合模型73-91
• 3.1 岩石流变理论模型73-76
• 3.2 岩石峰后流变模型的建立76-86
• 3.3 岩石峰后流固耦合模型86-88
• 3.4 基于FLAC 3D的岩石峰后流变-渗流耦合模型的验证88-89
• 3.5 本章小结89-91
• 4 考虑渗流作用的深部巷道围岩流变特性研究91-106
• 4.1 考虑渗流作用的巷道围岩弹塑性分析91-94
• 4.2 考虑渗流作用的深部巷道围岩流变特性数值模拟研究94-105
• 4.3 本章小结105-106
• 5 考虑渗流作用的深部巷道围岩“让压-锚注”耦合控制机理研究106-140
• 5.1 深部巷道围岩让压和注浆控制机理107-118
• 5.2 不同让压条件对深部巷道围岩控制的影响118-130
• 5.3“让压-锚注”耦合支护对深部巷道围岩控制的影响130-137
• 5.4 深部富水巷道围岩“让压-锚注”耦合控制技术137-139
• 5.5 本章小结139-140
• 6 工程实践140-151
• 6.1 工程背景140-142
• 6.2 巷道围岩变形失稳特征142-143
• 6.3 巷道围岩控制方案设计143-148
• 6.4 巷道围岩变形观测148-150
• 6.5 本章小结150-151
• 7 结论与展望151-154
• 7.1 主要结论151-153
• 7.2 展望153-154
• 参考文献154-169
• 作者简历169-172
• 学位论文数据集172

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：808509