泥質灰?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)的關鍵因素，在巷道設計與施工中必須充分考慮巖石的流變效應。本文基于河南省三門峽鋁土礦快速掘進科研項目，以礦區(qū)泥質灰?guī)r巷道為研究對象。通過理論研究、現場工程地質調查、室內試驗和數值模擬等技術手段，對泥質灰?guī)r巷道圍巖和支護的穩(wěn)定性進行分析研究，為礦區(qū)安全施工及快速掘進提供重要的參考依據。本文主要研究成果有:
　　(1)巖石的非線性力學特性是巖石內部微裂隙隨機分布的宏觀體現，巖石的加速蠕變階段是巖

2、石蠕變過程中損傷急劇擴展的反映。巖石的Weibull統(tǒng)計損傷模型能很好地表征巖石內部微裂隙的隨機分布和擴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對各蠕變參數產生的劣化，根據Lemaitre應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度作為巖石蠕變過程中損傷演化的應力閾值，將加速蠕變起始點的應變值作為損傷急劇擴展的應變閾值，全面地描述了巖石蠕變的全過程曲線，對于工程實踐具有很好地應用價值。

3、　　(2)結合摩爾—庫倫屈服準則，推導了西原模型蠕變方程的三維有限元差分形式，實現了數值分析軟件FLAC3D的西原模型本構開發(fā)。在單元處于未屈服狀態(tài)時，模型曲線與廣義凱爾文模型曲線實現了很好的吻合;同時在單元處于屈服狀態(tài)時，模型曲線呈現出具有恒定蠕變速率的穩(wěn)態(tài)蠕變階段，驗證了FLAC3D西原本構模型的正確性。
　　(3)運用TRT6000超前地質探測系統(tǒng)分析礦區(qū)泥質灰?guī)r巷道周圍巖體特征，通過室內巖石力學試驗獲得了泥質灰?guī)r基本力學參

4、數，參照現有工程技術規(guī)范和巖體力學參數的工程處理方法，得到合理的巖體力學參數，為數值模擬提供準確的計算參數。
　　(4)運用FLAC3D對礦區(qū)泥質灰?guī)r巷道進行數值模擬，在分析無支護結構巷道的基礎上，制定了噴射混凝土支護和噴錨支護兩種支護方案進行模擬。數值模擬表明，巷道開挖后圍巖主要呈現出拱頂下沉、側墻向內以及底板鼓起的收斂變形，圍巖變形和塑性區(qū)擴展約在巷道成形30天后趨于穩(wěn)定;兩種支護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