深部巷道围岩动态变形破坏与稳定机理研究

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深部岩体采掘过程中,不仅承受很高的静载荷作用,而且还承受着如爆破振动、回采顶板断裂等动载荷的影响,导致其所承受的应力状态极为复杂,主要表现在承受高地应力及动载荷共同作用,实质上可以将深部岩体的变形破坏看成是在地应力条件下受到动载作用的结果。因此,研究深部岩体在动静荷载组合作用下的力学特性,尤其是动态扰动作用对高应力岩体的变形破坏与稳定的影响具有重要的理论意义。本文综合运用理论分析、数值模拟等方法对深部巷道围岩动态扰动变形破坏及稳定机理进行了研究,取得了如下主要成果:(1)基于深部巷道的基本特征,分析了巷道围岩在静荷载作用下的应力重分布和能量由积聚到耗散、转移的演化规律,并归纳出深部巷道静载的应力分布不均匀、集中程度高和储存能量高、分布不稳定等特征;分析了应力波在岩体中的扰动传播规律和能量传播规律,并归纳出深部巷道动载的时空波动性、传播衰减性、扰动多发性等特征。(2)初步研究了岩石在不同动静荷载作用下的力学特性,即静态加载作用下的岩石试件的力学特性、动荷载单轴冲击扰动下的岩石试件力学特性以及三维动静荷载组合作用下的岩石试件力学特性,并分析了静载轴压水平、静载围压水平、动载应力波峰值、动载应力波作用时间对动静组合作用下岩石破坏过程的影响。(3)采用FLAC3D数值模拟软件,通过分析深部巷道围岩变形、应力、破裂区分布特征及其扰动量大小,系统研究了不同埋深、不同侧压系数、不同应力波峰值、不同应力波延时对巷道围岩稳定性的影响,揭示了不同地应力和不同动载扰动条件下的围岩变形与破坏特征,并分析了不同条件下的扰动作用对失稳冲击倾向性的影响。(4)根据数值分析结果,提出了控制动载源强度、减弱动荷载传播特性、降低围岩扰动效应的围岩稳定控制思路,构建了减弱动载对巷道围岩扰动效应的“全断面锚网喷+U形棚支架+壁后注浆+缓冲弱结构”的巷道支护形式。
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