泥質(zhì)灰?guī)r蠕變特性及巷道穩(wěn)定性研究.pdf

1、巖石流變特性往往是造成巷道圍巖變形及失穩(wěn)的關(guān)鍵因素，在巷道設(shè)計(jì)與施工中必須充分考慮巖石的流變效應(yīng)。本文基于河南省三門峽鋁土礦快速掘進(jìn)科研項(xiàng)目，以礦區(qū)泥質(zhì)灰?guī)r巷道為研究對(duì)象。通過理論研究、現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)調(diào)查、室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬等技術(shù)手段，對(duì)泥質(zhì)灰?guī)r巷道圍巖和支護(hù)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析研究，為礦區(qū)安全施工及快速掘進(jìn)提供重要的參考依據(jù)。本文主要研究成果有:
　　(1)巖石的非線性力學(xué)特性是巖石內(nèi)部微裂隙隨機(jī)分布的宏觀體現(xiàn)，巖石的加速蠕變階段是巖

2、石蠕變過程中損傷急劇擴(kuò)展的反映。巖石的Weibull統(tǒng)計(jì)損傷模型能很好地表征巖石內(nèi)部微裂隙的隨機(jī)分布和擴(kuò)展所引起的軟化特性，將其引入到傳統(tǒng)的西原模型中以反映巖石損傷效應(yīng)對(duì)各蠕變參數(shù)產(chǎn)生的劣化，根據(jù)Lemaitre應(yīng)變等效原理建立了巖石非線性蠕變損傷模型。該模型將巖石的長期強(qiáng)度作為巖石蠕變過程中損傷演化的應(yīng)力閾值，將加速蠕變起始點(diǎn)的應(yīng)變值作為損傷急劇擴(kuò)展的應(yīng)變閾值，全面地描述了巖石蠕變的全過程曲線，對(duì)于工程實(shí)踐具有很好地應(yīng)用價(jià)值。

3、　　(2)結(jié)合摩爾—庫倫屈服準(zhǔn)則，推導(dǎo)了西原模型蠕變方程的三維有限元差分形式，實(shí)現(xiàn)了數(shù)值分析軟件FLAC3D的西原模型本構(gòu)開發(fā)。在單元處于未屈服狀態(tài)時(shí)，模型曲線與廣義凱爾文模型曲線實(shí)現(xiàn)了很好的吻合;同時(shí)在單元處于屈服狀態(tài)時(shí)，模型曲線呈現(xiàn)出具有恒定蠕變速率的穩(wěn)態(tài)蠕變階段，驗(yàn)證了FLAC3D西原本構(gòu)模型的正確性。
　　(3)運(yùn)用TRT6000超前地質(zhì)探測(cè)系統(tǒng)分析礦區(qū)泥質(zhì)灰?guī)r巷道周圍巖體特征，通過室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)獲得了泥質(zhì)灰?guī)r基本力學(xué)參

4、數(shù)，參照現(xiàn)有工程技術(shù)規(guī)范和巖體力學(xué)參數(shù)的工程處理方法，得到合理的巖體力學(xué)參數(shù)，為數(shù)值模擬提供準(zhǔn)確的計(jì)算參數(shù)。
　　(4)運(yùn)用FLAC3D對(duì)礦區(qū)泥質(zhì)灰?guī)r巷道進(jìn)行數(shù)值模擬，在分析無支護(hù)結(jié)構(gòu)巷道的基礎(chǔ)上，制定了噴射混凝土支護(hù)和噴錨支護(hù)兩種支護(hù)方案進(jìn)行模擬。數(shù)值模擬表明，巷道開挖后圍巖主要呈現(xiàn)出拱頂下沉、側(cè)墻向內(nèi)以及底板鼓起的收斂變形，圍巖變形和塑性區(qū)擴(kuò)展約在巷道成形30天后趨于穩(wěn)定;兩種支護(hù)方案均能控制圍巖的變形以及限制圍巖塑性區(qū)的發(fā)展