不同温度作用下巷道围岩力学特性及数值计算研究

来源 :辽宁工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sdhok
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将对砂岩开展室内温度-应力耦合力学特性实验,测定出砂岩的基本力学性质,为后续分析砂岩在温度和应力耦合作用下能量演化规律做铺垫,并分析不同温度和不同围压对岩石力学参数和变形参数的影响,进而建立新型的温度-应力耦合统计损伤本构模型和弹性能应变模型,来揭示砂岩在温度-应力耦合条件下变形破坏的机理,使得研究成果对实际工程中隧道和巷道支护提供试验和理论依据,以及为评价深部围岩的长期稳定性提供试验基础。经过试验研究结合理论模型分析,主要得出以下研究结果:(1)随着围压的不断增大,再同一应变作用下砂岩的总能量、弹性能和耗散能都呈现出不断增大,这是由于在砂岩所受试验温度一致时,施加的围压值越大使得岩石的峰值强度、残余强度和弹性模量就越高,而砂岩承载力的提高也是围压在径向方向上约束住了砂岩的变形,且使得砂岩内部颗粒接触更加紧密,使得颗粒之间的摩擦作用也增强,进而在宏观上呈现出砂岩强度的增大。(2)在砂岩受到的围压值一定时,当施加的温度值越大砂岩的峰值强度和残余强度就越小,这说明了温度可以有效地降低砂岩的力学性能和承载力。在围压作用下砂岩的峰值强度的变化幅度要大于在温度作用下砂岩的峰值强度的变化幅度,这也说明了温度对砂岩力学性能的影响要小于围压对对砂岩力学性能的影响。(3)砂岩模型的分布参数m随着温度的增大和围压的增大而不断增大,但是分布参数F0却随着温度的增大和围压的增大而不断减小,根据统计损伤变量的计算公式可知,这说明了温度的增大和围压的增大都会使得砂岩的内部受的损伤程度不断增大。(4)采用锚喷方式对围岩进行支护后,顶板位置处应力集中现象出现的区域会减小且应力集中有减缓的趋势,且巷道底板原有拱起的大变形也会减小。此时,巷道顶部的围岩自重等会由围岩和支护锚杆共同承担,故巷道围岩的稳定性得到了大幅度的提升。对比原无支护巷道围岩的塑性区,在对巷道进行之后塑性区明显比变小,且经过支护围岩的受力情况也得到了改善,最为明显的是巷道顶部围岩的竖直位移和水平位移相对无支护围岩的位移都出现了降低,阻止了围岩的进一步变形带来的坍塌和人员伤亡。该论文有图29幅,表7个,参考文献133篇。
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