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渗流作用下巷道围岩稳定性分析研究

作　者: 孙珍平
导　师: 高召宁
学　校: 安徽理工大学
专　业: 采矿工程
关键词: 渗流场圆形巷道渗透系数侧压系数岩石抗力系数不同拉压模量比围岩塑性区弹塑性分析
分类号: TD322
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着煤炭开采不断向深部发展,地下水是影响岩体赋存的环境因素之一,位于巷道围岩周围的应力场和位移场时刻都受到渗流场的影响,尤其是处于“三高”(高地应力、高地温、高承压水)作用下的深部巷道围岩,渗流场对其周围应力场和位移场的影响更为严重。本文采用了理论分析和数值模拟相结合的方法,对渗流作用下巷道围岩的稳定性进行了分析。假设岩体在无限小的区域范围内材料属性相同,将岩体划分为若干个塑性区域环。应用统一强度理论,结合岩石应变软化力学模型与围岩峰后强度和变形演变规律,推导出渗流作用下圆形巷道围岩破裂分区,分析了渗流作用下巷道围岩的弹性区、塑性软化区和破裂区的力学性态。结合具体算例,对比分析了渗流作用下和无渗流作用下巷道塑性区范围影响因素,得出了支护反力、巷道半径以及采深对渗流作用下的巷道塑性区范围影响尤为明显。研究表明,考虑渗流作用使得分析结果更加的接近于实际,能显示出巷道围岩较真实的变化破坏情况。然后从理论上研究了渗流作用下,渗透系数、侧压系数、抗力系数和不同拉压模量比等因素对巷道围岩稳定性的影响。应用FLAC3D数值模拟软件,对比分析了考虑渗流作用和不考虑渗流作用时,圆形巷道的应力场、位移场以及塑性区的变化规律,并对其前面理论部分进行了验证；分别讨论了在有无渗流作用下不同采深对巷道围岩的稳定性影响。为地下工程的优化支护设计及安全性评价提供了参考依据。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-14
1 绪论  14-21
  1.1 课题来源及背景  14-15
  1.2 研究目的  15
  1.3 国内外研究现状  15-19
  1.4 存在的问题  19
  1.5 研究内容  19-20
  1.6 技术路线  20-21
2 岩石类材料强度理论及渗流作用下巷道围岩变形机理研究  21-41
  2.1 岩石类材料强度理论  21-28
    2.1.1 Tresca屈服条件  21-22
    2.1.2 Mises屈服条件  22-23
    2.1.3 Mohr-Coulomb强度准则  23-24
    2.1.4 Hoek-Brown强度准则  24
    2.1.5 Griffith强度理论  24-25
    2.1.6 德鲁克-普拉格准则  25-26
    2.1.7 统一强度准则  26-28
  2.2 渗流作用下巷道围岩变形机理研究  28-37
    2.2.1 统一强度理论的优越性  28-30
    2.2.2 基本假设条件  30
    2.2.3 渗流场的计算  30-31
    2.2.4 巷道围岩的弹塑性分析  31-37
  2.3 渗流作用下巷道塑性区范围影响因素分析  37-39
    2.3.1 渗流作用下巷道支护反力对塑性区范围的影响  37-38
    2.3.2 渗流作用下巷道半径对塑性区范围的影响  38
    2.3.3 渗流作用下采深对塑性区范围的影响  38-39
    2.3.4 渗流作用下统一强度理论系数m对塑性区范围的影响  39
  2.4 本章小结  39-41
3 渗流作用下巷道围岩稳定性影响因素分析  41-68
  3.1 渗透系数对巷道围岩稳定性的影响  41-48
    3.1.1 岩石材料的损伤本构模型  42
    3.1.2 巷道围岩塑性区应力分布  42-45
    3.1.3 渗透系数的计算  45-46
    3.1.4 算例分析  46-48
  3.2 侧压系数对巷道围岩稳定性的影响  48-53
    3.2.1 渗流场的计算  48-49
    3.2.2 巷道围岩应力场分析  49-50
    3.2.3 渗流作用下巷道围岩的塑性区域边界线  50-52
    3.2.4 实例分析  52-53
  3.3 岩石抗力系数K对巷道围岩稳定性的影响  53-60
    3.3.1 渗流场的计算  54
    3.3.2 基本方程  54-55
    3.3.3 渗流作用下圆形巷道围岩弹塑性分析  55-59
    3.3.4 围岩抗力系数K的计算式  59-60
  3.4 材料不同拉压模量比对巷道围岩稳定性的影响  60-66
    3.4.1 基本概念和假设  60-61
    3.4.2 物理方程(本构关系)  61-63
    3.4.3 渗流作用下巷道围岩的弹性解  63-66
  3.5 本章小结  66-68
4 地下水渗流作用下巷道围岩稳定性的数值模拟  68-80
  4.1 数值模拟概述  68-73
    4.1.1 FLAC的基本原理  68-71
    4.1.2 围岩岩体本构模型  71-73
  4.2 模型的建立  73-74
  4.3 不考虑渗流效应和考虑渗流效应时巷道围岩的数值模拟  74-77
    4.3.1 孔隙水压力的分析  74-75
    4.3.2 巷道围岩最大主应力的分析  75
    4.3.3 巷道围岩水平位移和垂直位移的分析  75-76
    4.3.4 巷道围岩塑性区的分析  76-77
  4.4 渗流作用下不同采深的数值模拟  77-79
  4.5 本章小结  79-80
5 结论与不足  80-82
  5.1 结论  80-81
  5.2 不足  81-82
参考文献  82-88
致谢  88-89
作者简介及读研期间主要科研成果  89

渗流作用下巷道围岩稳定性分析研究

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