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Numerical analysis of deformation and failure characteristics of deep roadway surrounding rock under static-dynamic coupling stress 被引量:28
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作者 WU Xing-yu JIANG Li-shuai +3 位作者 XU Xing-gang GUO Tao ZHANG Pei-peng HUANG Wan-peng 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第2期543-555,共13页
In actual production,deep coal mine roadways are often under typical static-dynamic coupling stress(SDCS)conditions with high ground stress and strong dynamic disturbances.With the increasing number of disasters and a... In actual production,deep coal mine roadways are often under typical static-dynamic coupling stress(SDCS)conditions with high ground stress and strong dynamic disturbances.With the increasing number of disasters and accidents induced by SDCS conditions,the safe and efficient production of coal mines is seriously threatened.Therefore,it is of great practical significance to study the deformation and failure characteristics of the roadway surrounding rock under SDCS.In this paper,the effects of different in-situ stress fields and dynamic load conditions on the surrounding rock are studied by numerical simulations,and the deformation and failure characteristics are obtained.According to the simulation results,the horizontal stress,vertical stress and dynamic disturbance have a positive correlation with the plastic failure of the surrounding rock.Among these factors,the influence of the dynamic disturbance is the most substantial.Under the same stress conditions,the extents of deformation and plastic failure of the roof and ribs are always greater than those of the floor.The effect of horizontal stresses on the roadway deformation is more notable than that of vertical stresses.The results indicate that for the roadway under high-stress conditions,the in-situ stress test must be strengthened first.After determining the magnitude of the in-situ stress,the location of the roadway should be reasonably arranged in the design to optimize the mining sequence.For roadways that are strongly disturbed by dynamic loads,rock supports(rebar/cable bolts,steel set etc.)that are capable of maintaining their effectiveness without failure after certain dynamic loads are required.The results of this study contribute to understanding the characteristics of the roadway deformation and failure under SDCS,and can be used to provide a basis for the support design and optimization under similar geological and geotechnical circumstances. 展开更多
关键词 static-dynamic coupling stress(SDCS) deep roadway surrounding rock stability numerical simulation roadway deformation plastic failure of surrounding rock
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Influence of underground water seepage flow on surrounding rock deformation of multi-arch tunnel 被引量:11
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作者 李夕兵 张伟 +1 位作者 李地元 王其胜 《Journal of Central South University of Technology》 EI 2008年第1期69-74,共6页
Based on a typical multi-arch tunnel in a freeway, the fast Lagrangian analysis of continua in 3 dimensions(FLAC3D) was used to calculate the surrounding rock deformation of the tunnel under which the effect of underg... Based on a typical multi-arch tunnel in a freeway, the fast Lagrangian analysis of continua in 3 dimensions(FLAC3D) was used to calculate the surrounding rock deformation of the tunnel under which the effect of underground water seepage flow was taken into account or not. The distribution of displacement field around the multi-arch tunnel, which is influenced by the seepage field, was gained. The result indicates that the settlement values of the vault derived from coupling analysis are bigger when considering the seepage flow effect than that not considering. Through the contrast of arch subsidence quantities calculated by two kinds of computation situations, and the comparison between the calculated and measured value of tunnel vault settlement, it is found that the calculated value(5.7-6.0 mm) derived from considering the seepage effect is more close to the measured value(5.8-6.8 mm). Therefore, it is quite necessary to consider the seepage flow effect of the underground water in aquiferous stratum for multi-arch tunnel design. 展开更多
关键词 multi-arch tunnel underground water seepage flow coupling flow and stress surrounding rock deformation vault settlement
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Chaotic time series prediction for surrounding rock's deformation of deep mine lanes in soft rock 被引量:2
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作者 李夕兵 王其胜 +1 位作者 姚金蕊 赵国彦 《Journal of Central South University of Technology》 2008年第2期224-229,共6页
Based on the measured displacements,the change laws of the effect of distance in phase space on the deformation of mine lane were analyzed and the chaotic time series model to predict the surrounding rocks deformation... Based on the measured displacements,the change laws of the effect of distance in phase space on the deformation of mine lane were analyzed and the chaotic time series model to predict the surrounding rocks deformation of deep mine lane in soft rock by nonlinear theory and methods was established.The chaotic attractor dimension(D) and the largest Lyapunov index(Emax) were put forward to determine whether the deformation process of mine lane is chaotic and the degree of chaos.The analysis of examples indicates that when D>2 and Emax>0,the surrounding rock's deformation of deep mine lane in soft rock is the chaotic process and the laws of the deformation can still be well demonstrated by the method of the reconstructive state space.Comparing with the prediction of linear time series and grey prediction,the chaotic time series prediction has higher accuracy and the prediction results can provide theoretical basis for reasonable support of mine lane in soft rock.The time of the second support in Maluping Mine of Guizhou,China,is determined to arrange at about 40 d after the initial support according to the prediction results. 展开更多
关键词 deformation prediction mine lane in soft rock surrounding rock CHAOS time series
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上软下硬地层大跨暗挖地铁车站拱盖法施工力学效应研究 被引量:2
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作者 麻凤海 张雨 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期52-61,共10页
为研究上软下硬地层大跨暗挖地铁车站拱盖法施工的力学效应,以大连地铁4号线东南山站为研究背景,采用数值模拟和现场监测相结合的方法,运用MIDAS-GTS/NX有限元软件,研究地铁车站拱盖法施工全程的围岩变形及稳定性并与现场实测数据对比... 为研究上软下硬地层大跨暗挖地铁车站拱盖法施工的力学效应,以大连地铁4号线东南山站为研究背景,采用数值模拟和现场监测相结合的方法,运用MIDAS-GTS/NX有限元软件,研究地铁车站拱盖法施工全程的围岩变形及稳定性并与现场实测数据对比分析。研究结果表明:地表沉降由车站中线向两侧逐渐递减,影响区域约为车站开挖跨度的2倍;围岩变形和应力具有明显对称性,拱部围岩以沉降为主,高边墙以隆起为主,拱部跨中向隧道净空入侵,大拱脚向围岩入侵;围岩最大主应力均为压应力,拱脚尖角部位存在应力集中现象;围岩塑性区作用位置随车站施工不断变化,最终集中作用于高边墙位置处;通过Peck公式预测地表沉降,验证在上软下硬地层中采用拱盖法施工的可行性,为实际工程施工提供参考。 展开更多
关键词 暗挖地铁车站 拱盖法施工 围岩变形 Peck沉降预测 围岩塑性区 围岩最大主应力
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煤基固废泡沫充填材料性能及空巷群围岩控制
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作者 孙强 赵瑞 +2 位作者 周楠 高嘉良 袁辉 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第6期327-342,共16页
工作面过空巷是煤矿井下生产过程中普遍面临的工程问题,空巷地质条件赋存复杂且密集时,易导致围岩失稳、支架空顶作业、支架漏底等问题,影响工作面安全高效生产。以鲍店煤矿5316综放工作面过空巷群为研究背景,采用理论分析、实验室测试... 工作面过空巷是煤矿井下生产过程中普遍面临的工程问题,空巷地质条件赋存复杂且密集时,易导致围岩失稳、支架空顶作业、支架漏底等问题,影响工作面安全高效生产。以鲍店煤矿5316综放工作面过空巷群为研究背景,采用理论分析、实验室测试、物理相似模拟及现场实测等方法,研究了水泥泡沫材料、粉煤灰泡沫材料及矸石泡沫材料性能及优势配比,工作面过空巷群围岩变形规律及控制效果。结果表明:发泡剂稀释倍数20倍、水灰质量比0.5、稳泡剂掺量为1%、发泡剂掺量1.0%、石膏掺量7%时,水泥泡沫充填材料28 d试样强度可达1.72 MPa;矸石粒径0~0.3 mm、掺量30%时,矸石泡沫充填材料28 d试样强度可达1.53 MPa;粉煤灰掺量30%时,粉煤灰泡沫充填材料28 d试样强度可达1.13 MPa。提出了以煤基固废泡沫材料充填、补强锚索与U型钢梁加强支护为主的空巷群围岩控制技术方法,并给出了煤基固废泡沫材料空巷充填技术原理及加强支护主要参数设计,通过物理相似模拟试验研究了不同层位空巷群围岩应力峰值变化范围为16.9~26.5 MPa,应力集中系数变化范围为1.61~2.53,同层空巷顶板最大下沉值介于300~400 mm,下伏空巷顶板最大下沉值介于200~300 mm,且空巷交叉处易产生应力集中,变形量较大。工作面开采期间空巷群围岩表面位移、煤岩体(充填体)应力、顶板离层及锚杆(索)载荷、支架工作阻力等现场监测数据显示,整体空巷围岩变形量控制效果较好,实现了工作面安全高效生产。 展开更多
关键词 空巷 泡沫充填材料 物理模拟 围岩变形 应力分布
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基于机器学习的巷道围岩变形融合分析及预测模型
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作者 王猛 袁春玉 +4 位作者 李鑫磊 胡超 袁瑞甫 尚栋煌 王成 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第4期75-91,共17页
为解决巷道变形预测和破坏区定位困难等问题,建立了多重扰动底抽巷围岩数值分析模型,选取围岩强度、侧压系数等地质参数,巷道断面尺寸、抽采钻孔、支护强度等开采参数作为研究对象,获取了多因素扰动下底抽巷顶板变形数据集,采用随机森... 为解决巷道变形预测和破坏区定位困难等问题,建立了多重扰动底抽巷围岩数值分析模型,选取围岩强度、侧压系数等地质参数,巷道断面尺寸、抽采钻孔、支护强度等开采参数作为研究对象,获取了多因素扰动下底抽巷顶板变形数据集,采用随机森林、极端随机树、GBDT、XGBoost等机器学习算法,分别建立了单一基学习器巷道变形预测模型,以弹性网算法为元学习器,利用Stacking融合方法,对不同基学习器输出模型进行了融合处理,构建了多重扰动底抽巷围岩变形融合预测模型,评价了各特征因素对巷道变形的抑促效应,识别了影响底抽巷围岩稳定的主控因素。以赵固二矿14040运输巷底抽巷为工程背景,利用建立的巷道变形预测模型,以巷道实际生产地质条件和开采参数作为输入项,通过设置巷道期望变形量,逆向运算并输出了试验巷道建议支护强度,并指导了现场巷道支护设计及关键参数确定。现场应用结果表明,采用建议支护强度后,巷道实测变形值处于决策模型规定的允许范围内,顶板变形量仅为原支护的52%,有效控制了巷道围岩大变形。基于机器学习建立的巷道变形预测模型为巷道稳定维护提供了一条新途径,促进了煤矿巷道智能运维技术的发展。 展开更多
关键词 巷道变形 机器学习 预测模型 智能运维 围岩控制
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煤岩斜巷穿层掘进长短锚索协同支护及围岩控制机理研究
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作者 尹博 王睿 +3 位作者 张连昆 杨俊峰 李先峰 杨瑞宙 《金属矿山》 北大核心 2025年第2期13-23,共11页
为解决浅埋多煤层斜巷穿层掘进过程中软硬复合顶板变形大、易离层、支护难等问题,以淖尔壕煤矿2-3煤辅运斜巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场实测相结合的研究方法,通过对比分析无支护和现有支护条件下巷道围岩塑性区及软硬复... 为解决浅埋多煤层斜巷穿层掘进过程中软硬复合顶板变形大、易离层、支护难等问题,以淖尔壕煤矿2-3煤辅运斜巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场实测相结合的研究方法,通过对比分析无支护和现有支护条件下巷道围岩塑性区及软硬复合顶板易离层区特征,发现现有支护参数下仍不能有效预防局部冒顶发生,为此提出了长短锚索协同支护优化设计方案。结果表明:煤岩斜巷穿层掘进中,当距离软硬复合顶板较近时,巷道受剪切破坏与张拉破坏共同作用,导致围岩塑性区探入顶板离层区内,极易引发冒顶。另外,按照等长锚索布置时,虽可提高支护效果,但塑性破坏区范围未完全处于锚杆、锚索的锚固范围内,仍存有冒顶事故发生可能。根据斜巷掘进层位与局部冒顶易发区的复合顶板特征将现有支护的等长锚索布置方式变为长、短锚索相间布置后,顶板下沉量进一步减小至40 mm,塑性区范围处于锚杆、锚索支护范围内。长短锚索协同支护优势在于长锚索锚固端若处不稳定岩层,则以短锚索补强,确保始终存在锚固与稳定岩层中的锚索。从而有效控制围岩,防止冒顶事故的发生。结合现场监测分析结果,巷道围岩变形明显减小,稳定性升高,可以有效地提高巷道的稳定性和安全性。研究结果将为巷道围岩稳定性分析及巷道穿层支护设计提供参考依据。 展开更多
关键词 浅埋多煤层 穿层掘进 围岩变形 局部冒顶 协同支护
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上覆采空区隧道注浆加固参数设计与应用
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作者 包龙生 刘德罡 +1 位作者 齐阳 吴凤元 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期385-394,共10页
针对隧道上覆采空区岩体引发冒顶、坍塌等工程安全问题,以本桓高速长梁子隧道上覆采空区为工程背景,通过数值模拟方法分析不同注浆加固范围和厚度对隧道围岩的影响。研究结果表明:上覆采空区改变了隧道围岩应力分布。与无采空区工况相比... 针对隧道上覆采空区岩体引发冒顶、坍塌等工程安全问题,以本桓高速长梁子隧道上覆采空区为工程背景,通过数值模拟方法分析不同注浆加固范围和厚度对隧道围岩的影响。研究结果表明:上覆采空区改变了隧道围岩应力分布。与无采空区工况相比,拱底隆起位移增加12.6%,拱脚收敛位移增加14.3%,拱顶沉降位移虽减少13.4%,但塑性区发展贯通的可能性增大。采用注浆加固可有效减小围岩变形。注浆范围为150°、注浆厚度为2 m时,加固效果最佳。加固后,拱底隆起、拱脚收敛和拱顶沉降位移分别下降33.2%、35.7%和36.1%,拱顶处主应力下降44.9%,塑性区范围显著缩小。研究结论为上覆采空区隧道的设计与施工提供依据。 展开更多
关键词 上覆采空区 隧道围岩 注浆加固 超前管棚 围岩变形 围岩应力
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Ⅴ级围岩全断面扩挖隧道的二次衬砌支护时机
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作者 杨俊 秦艺源 +2 位作者 谢支钢 丁雪菲 梁勇 《江苏大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期205-211,共7页
为了研究既有Ⅴ级围岩隧道扩挖的二次衬砌支护时机,利用Midas GTS有限元数值模拟方法,建立有限元数值模拟模型,引入荷载释放率和位移释放率的概念,结合木鱼槽隧道扩挖工程实例,将数值模拟数据与监控实测数据进行对比分析.研究结果表明:... 为了研究既有Ⅴ级围岩隧道扩挖的二次衬砌支护时机,利用Midas GTS有限元数值模拟方法,建立有限元数值模拟模型,引入荷载释放率和位移释放率的概念,结合木鱼槽隧道扩挖工程实例,将数值模拟数据与监控实测数据进行对比分析.研究结果表明:相较新建隧道,既有隧道扩挖过程中变形量较小,且变化速率较慢;随着掌子面的不断向前推进,荷载释放率和位移释放率均不断增大,并最终达到稳定;随着二次衬砌荷载承担比例的增大,拱顶沉降和水平位移均有一定程度的减小,证明在隧道扩挖过程中,二次衬砌的提前施作有利于控制围岩变形;衬砌施作完成后变形仍会继续发生,需要后续的监控数据及时进行反馈,以保证隧道安全,同时还可以得到既有公路隧道扩挖过程中的以荷载释放率和位移释放率为控制指标的二次衬砌合理支护时机. 展开更多
关键词 隧道 全断面扩挖 二次衬砌施作时机 围岩变形 数值模拟
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末采期间覆岩破断特征及主回撤通道稳定性研究
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作者 肖江 王怡辉 +3 位作者 孙亚超 陈航挺 李德桃 张博源 《煤炭工程》 北大核心 2025年第4期108-115,共8页
针对末采期间厚硬基本顶破断影响巷道稳定性的问题,以凉水井煤矿42206工作面为工程背景,运用物理相似模拟试验、理论分析和数值模拟等综合研究方法,在分析末采期间覆岩垮落规律、力学传递机制、应力演化特征影响因素的基础上,采用切顶... 针对末采期间厚硬基本顶破断影响巷道稳定性的问题,以凉水井煤矿42206工作面为工程背景,运用物理相似模拟试验、理论分析和数值模拟等综合研究方法,在分析末采期间覆岩垮落规律、力学传递机制、应力演化特征影响因素的基础上,采用切顶协同控制技术,以实现贯通主回撤通道时基本顶在预想位置破断,保证围岩稳定性的目的。结果表明:基本顶破断位置影响支撑压力大小呈现出“支架后方<巷道上方<实体煤上方”的规律;对比数值模拟研究采用切顶调压可改变基本顶破断位置为支架后方时,主回撤通道围岩应力状态、通道间煤柱裂隙、塑性区范围均处于较小值,保证了贯通期间通道围岩稳定性。 展开更多
关键词 覆岩破断 回撤通道 围岩变形 Voronoi块体 切顶调压
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深部动压巷道卸-固协同控制技术研究
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作者 王书刚 熊怀鑫 +4 位作者 孙利辉 刘亮平 白忠 龙亚鑫 秦宇坤 《煤炭工程》 北大核心 2025年第6期57-66,共10页
针对深部动压巷道受高原岩应力、强烈采动应力的双重叠加扰动影响,巷道围岩频繁发生大变形、支护结构失效、反复维修等问题。以云驾岭矿八采区运输平巷受12805下工作面采动影响为工程背景,通过理论分析、岩石力学实验、数值模拟、现场... 针对深部动压巷道受高原岩应力、强烈采动应力的双重叠加扰动影响,巷道围岩频繁发生大变形、支护结构失效、反复维修等问题。以云驾岭矿八采区运输平巷受12805下工作面采动影响为工程背景,通过理论分析、岩石力学实验、数值模拟、现场监测等方法,研究动压扰动下巷道变形破坏规律,分析采动影响下巷道围岩大变形机理,提出扰动源巷道切顶卸压+动压扰动巷道“双壳”加固的联合治理技术。研究结果表明:深井巷道受高应力场和工作面动压扰动等双重叠加应力扰动影响,巷道围岩结构发生不可逆性强度损伤,围岩体应力强度普遍下降,导致动压巷道支护结构大面积失效,巷道围岩发生大变形破坏;扰动源巷道采用切顶卸压后,工作面侧向支承压力影响范围和应力传递强度均大幅度减小,为动压区巷道加强支护提供了稳定的应力环境,动压巷道采用双壳支护后,巷道破碎区岩体强度得到提高,围岩承载能力得到加强,抑制了动压巷道的变形破坏。现场试验结果表明:动压巷道围岩变形量控制在220 mm以内,锚杆(索)最大受力为极限破断力的54.7%,动压巷道围岩变形得到有效控制,锚杆(索)受力均在合理范围内,扰动源切顶卸压+动压巷道“双壳”支护的联合治理方案现场应用效果良好。 展开更多
关键词 开采扰动 循环加卸载 围岩大变形 切顶卸压 双壳支护
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综放工作面过空巷超前支护技术研究与应用 被引量:2
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作者 王栋晨 孙华清 +6 位作者 冯伟斌 王代峰 秦艳华 陈井龙 吕金龙 李然 曹峰 《中国煤炭》 北大核心 2025年第1期132-145,共14页
在遗煤复采过程中,工作面前方常存在与其推进方向交叉的空巷,为提高过空巷时辅运巷和回风巷围岩的安全稳定,实现煤炭的安全高效开采,在长壁放顶煤过空巷的开采基础上,结合SolidWorks、Rhino-Griddle、FLAC 3D软件,建立了液压支架支护、... 在遗煤复采过程中,工作面前方常存在与其推进方向交叉的空巷,为提高过空巷时辅运巷和回风巷围岩的安全稳定,实现煤炭的安全高效开采,在长壁放顶煤过空巷的开采基础上,结合SolidWorks、Rhino-Griddle、FLAC 3D软件,建立了液压支架支护、锚杆支护、锚杆+支架支护这3种不同的超前支护方式,对比分析了3种超前支护方式对围岩矿压及变形的影响,并给出了最优支护方式,同时探讨了过空巷时液压支架的承载特征。研究结果表明,邻近空巷时,液压支架支护方式能有效分担两帮压力和控制围岩变形,但在巷道顶部会出现开采扰动和空巷的应力叠加;锚杆支护方式通过破坏围岩的几何形态对两者的叠加效果进行了有效减弱,但围岩变形控制较差;锚杆+支架支护方式综合两者优势,支护效果最好。 展开更多
关键词 综放工作面 超前支护 过空巷 围岩变形 数值模拟
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考虑蠕变剪裂的拉格朗日元与离散元耦合方法及应用 被引量:1
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作者 王学滨 陈双印 +1 位作者 郑一方 廖裴彬 《岩土力学》 北大核心 2025年第2期613-624,共12页
随着煤炭开采向深部转移,巷道冒顶、底臌和两帮移进等软岩大变形问题层出不穷,对煤矿安全生产带来了严峻的挑战。目前,兼具连续方法和非连续方法优势的连续-非连续方法正在快速发展,然而,基于连续-非连续方法的蠕变研究尚少见报道。为... 随着煤炭开采向深部转移,巷道冒顶、底臌和两帮移进等软岩大变形问题层出不穷,对煤矿安全生产带来了严峻的挑战。目前,兼具连续方法和非连续方法优势的连续-非连续方法正在快速发展,然而,基于连续-非连续方法的蠕变研究尚少见报道。为了模拟蠕变剪裂现象,以岩石发生蠕变破坏时的应变位于三轴压缩应力-应变曲线峰后区域内这一试验现象为基本依据,在自主开发的拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法中,考虑了单元的黏弹性,发展了能模拟界面黏塑性的蠕变剪裂模型,并引入了蠕变剪裂判据。单轴压缩岩样的蠕变曲线计算结果与试验结果基本相符,蠕变剪裂开始稍后,岩样即进入加速蠕变阶段,这表明所提出的方法具有模拟加速蠕变的潜力。针对软岩巷道的计算表明,在深部围岩的推挤作用下,离散块体涌向巷道,导致巷道断面急剧缩小,在宏观上表现为大变形,巷道竖直方向收缩率可达58.8%。从单元的黏弹性和界面(虚拟裂纹面)的黏塑性两方面,丰富了软岩巷道大变形机制,即介质的黏弹性小变形、块体的大位移及之间的空隙以及界面的黏塑性变形共同作用。巷道围岩宏观上的大变形无须采用复杂大变形理论即可描述。 展开更多
关键词 软岩 蠕变 大变形 巷道围岩 连续-非连续方法 黏弹性 剪裂
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围岩变形作用下考虑杆体屈服和锚固界面滑移的全长锚固锚杆力学解析方法
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作者 王想君 李英明 +3 位作者 赵光明 孟祥瑞 范朝涛 付强 《岩土力学》 北大核心 2025年第9期2687-2702,共16页
全长锚固锚杆在巷道围岩支护过程中存在杆体屈服和锚固界面滑移失效问题。为探究这两种失效模式下杆体应力传递机制,基于实际围岩变形和锚杆受力边界条件,建立了锚杆-围岩相互作用模型,推导出锚杆在支护平衡状态下杆体轴力和锚固界面剪... 全长锚固锚杆在巷道围岩支护过程中存在杆体屈服和锚固界面滑移失效问题。为探究这两种失效模式下杆体应力传递机制,基于实际围岩变形和锚杆受力边界条件,建立了锚杆-围岩相互作用模型,推导出锚杆在支护平衡状态下杆体轴力和锚固界面剪应力沿杆长分布的解析表达式。在此基础上,引入杆体拉伸应力-应变本构模型和三(二)折线黏结滑移模型,解析了全长锚固锚杆在围岩变形作用下杆体屈服和锚固界面滑移的受力分布计算方法,并通过将理论计算结果与典型隧道工程锚杆实测数据进行对比,验证了其合理性。基于该方法探讨了围岩变形、锚杆长度、界面剪切峰值强度和托盘反力对杆体轴力和界面剪应力分布的影响。研究结果表明:(1)锚杆最易在中性点处发生塑性屈服,且屈服后杆体轴力和界面剪应力不再增长,轴力分布呈现屈服平台,中性点逐渐演变为“中性段”;杆体的屈服变形量随着围岩变形、锚杆长度和托盘反力的增加而增大。(2)锚固界面滑移从孔口位置开始,并逐步向锚固远端呈现软化脱黏特征;围岩变形和锚杆长度增加使界面滑移范围明显增大,从而削弱了对围岩变形的抑制作用;提高界面剪切峰值强度和安装托盘能有效抑制锚固界面的软化脱黏行为。该研究成果对认识全长锚固锚杆支护力学特性与参数设计具有一定指导意义。 展开更多
关键词 全长锚固锚杆 围岩变形 杆体屈服 软化脱黏 受力特性
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基于围岩压力-承载区特征曲线的挤压大变形隧道支护原则研究
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作者 马凯蒙 刘勇 +4 位作者 樊浩博 刘志春 朱正国 张俊儒 冯冀蒙 《中国铁道科学》 北大核心 2025年第3期129-139,共11页
挤压大变形隧道常常出现初期支护侵限、喷射混凝土局部开裂、钢架扭曲甚至局部塌方等灾变。以高速铁路大埋深Ⅳ级围岩双线隧道为研究对象,通过数值模拟法建立围岩压力-承载区特征曲线;依托中老铁路会排山隧道进行现场测试,验证围岩压力... 挤压大变形隧道常常出现初期支护侵限、喷射混凝土局部开裂、钢架扭曲甚至局部塌方等灾变。以高速铁路大埋深Ⅳ级围岩双线隧道为研究对象,通过数值模拟法建立围岩压力-承载区特征曲线;依托中老铁路会排山隧道进行现场测试,验证围岩压力、变形与松弛范围的关系;基于松弛区对埋深的敏感性,给出不同埋深下Ⅳ级围岩隧道支护原则。结果表明:随着变形的增加,围岩压力逐渐减小,而松弛区逐渐增大,岩体离散阈值出现在松弛区范围内;围岩压力-承载区特征曲线的结果基本可以反映现场的实际情况;Ⅳ级围岩隧道在埋深达到千米级时,围岩开挖后可先进行混凝土初喷及锚杆支护,锚杆长度建议为6~8 m,如遇变形速度快或变形量大时可采用预应力锚杆,适当增加支护刚度,可采用刚柔结合的支护形式。 展开更多
关键词 隧道工程 围岩压力-承载区特征曲线 现场验证 挤压大变形 支护原则
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基于悬臂掘进机施工的高铁隧道结构受力变形特征研究
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作者 杨可德 丁祖德 +3 位作者 缪庆杰 杨进京 丁文云 郭永发 《材料导报》 北大核心 2025年第S1期293-299,共7页
目前针对隧道悬臂掘进机法施工过程中支护结构受力变形特性的研究较少。为了确保施工顺利实施及安全,有必要对隧道悬臂掘进机引起结构响应的机理进行研究。本工作依托渝昆高铁长水机场隧道工程开展了基于悬臂掘进机台阶法开挖条件下隧... 目前针对隧道悬臂掘进机法施工过程中支护结构受力变形特性的研究较少。为了确保施工顺利实施及安全,有必要对隧道悬臂掘进机引起结构响应的机理进行研究。本工作依托渝昆高铁长水机场隧道工程开展了基于悬臂掘进机台阶法开挖条件下隧道典型断面结构变形及受力的现场监测,分析了隧道结构受力变形随时间的演化特征和空间分布规律。结果表明:隧道拱顶沉降和周边位移时程曲线总体表现为四个发展阶段,变形主要发生在上台阶开挖阶段,该阶段隧道平均的拱顶沉降及周边位移量分别约占总变形量的58%和55%,主要影响范围分别为13 m和30 m。围岩压力和钢架应力随时间的发展总体表现为急剧增大、增速放缓和趋于稳定的三阶段变化规律,在空间上呈“上大下小”的分布特征,围岩压力最大值为0.203 MPa,钢架应力最大值为130.7 MPa,均出现在左拱肩位置。层间接触压力和二衬应变随时间大体经历了迅速增长、减小和逐渐平稳三个变化过程,层间接触压力在空间上呈“下大上小,左大右小”的分布形态,最大值为0.32 MPa,出现在左墙脚;二衬内外侧各测点混凝土均处于受压状态,最大压应变为325.16με,位于二衬外侧右边墙位置。本工作的研究结果可为隧道后续施工和支护方案优化提供依据,也可为类似条件下隧道工程施工、监测和进一步的理论研究提供参考和借鉴。 展开更多
关键词 高铁隧道 悬臂掘进机法 现场监测 围岩变形 支护受力特征
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强烈构造区硬梁包水电站地下洞室群围岩变形破坏特征与泸定地震响应分析
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作者 刘健 夏勇 +5 位作者 江权 陈涛 贺维国 范国刚 熊先涛 郑虹 《岩土力学》 北大核心 2025年第7期2265-2280,共16页
中国西部地区地质构造强烈、岩体赋存环境复杂,使得大型地下洞室群建造过程中面临围岩变形突变、破坏模式多样的严峻挑战。为此,围绕大渡河流域的硬梁包水电站地下洞室群,总结了中高应力下地下洞室群的典型应力-结构型破坏模式,分析了2... 中国西部地区地质构造强烈、岩体赋存环境复杂,使得大型地下洞室群建造过程中面临围岩变形突变、破坏模式多样的严峻挑战。为此,围绕大渡河流域的硬梁包水电站地下洞室群,总结了中高应力下地下洞室群的典型应力-结构型破坏模式,分析了2022年“9·5”泸定地震对地下洞群围岩稳定性的影响,最后提出围岩应力-结构型破坏工程控制策略。研究表明:(1)3大洞室开挖后90%监测点围岩变形值小于100 mm,开挖变形服从对数正态分布;(2)开挖卸荷下硬梁包地下洞室围岩一般变形曲线为平缓台阶式状增长,但围岩劣化会引起围岩变形的跃迁式增长,单日变形量超过90 mm,突出反映了硬梁包花岗岩硬、脆、杂的变形特征;(3)锚索荷载总体呈现正态分布特征,锚索荷载较大部位与变形较大部位对应;(4)9.5泸定地震对3大洞室影响整体较小,但是对于应力集中区或不连续面附近的支护结构易造成不利影响;(5)地下洞室开挖存在浅层破坏频发、深层破坏处置难成本高的挑战,破坏模式上存在应力型、结构型以及应力-结构型破坏并存,以应力-结构型破坏为主。针对硬梁包地下洞室群围岩破坏问题,提出地下洞室支护的“保压-增强”原理,实践并验证了“精细爆破+快速喷砼+适时预应力锚杆”抑制浅层围岩劣化、“细分层+大吨位预应力锚索”抑制中深层围岩劣化的控制策略,可为中国西部大型地下洞室建造提供参考。 展开更多
关键词 地下洞室 地震响应 围岩变形 破坏模式 控制策略
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高应力软岩大巷“锚网索喷注”封闭再造承载层控制技术
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作者 聂济刚 辛亚军 +2 位作者 王飞 田孟含 姬红英 《金属矿山》 北大核心 2025年第7期16-24,共9页
高应力软岩大巷围岩变形严重、支护困难,通过对顺和煤矿高应力软岩大巷围岩变形破坏特征与失稳原因进行分析,探讨了高应力软岩大巷围岩变形力学机制,提出了巷道围岩横“D”形封闭再造承载层技术,在此基础上对设计方案进行了数值计算与... 高应力软岩大巷围岩变形严重、支护困难,通过对顺和煤矿高应力软岩大巷围岩变形破坏特征与失稳原因进行分析,探讨了高应力软岩大巷围岩变形力学机制,提出了巷道围岩横“D”形封闭再造承载层技术,在此基础上对设计方案进行了数值计算与工业性试验。结果表明:(1)该矿高应力软岩大巷围岩变形破坏特征表现为顶板整体弯曲式下沉、两帮挤压凸出严重及底鼓量大特征,呈现出初期变形量大、自稳时间短、围岩强流变特点;高应力环境、低强度围岩、裂隙水浸入、支护不合理是围岩失稳的主要原因。(2)该矿-702 m水平西翼轨道大巷(Ⅱ段)为高应力—节理化—膨胀性复合型(HJS)软岩巷道,围岩控制力学转化机制为Ⅰ_(AC)Ⅱ_(BC)Ⅲ_(BCD)→Ⅰ_(AC)Ⅱ_(BC)Ⅲ_(D)→Ⅰ_(C)Ⅱ_(BC)→Ⅱ_(B)吸水、微裂隙Ⅰ_(AC)—重力、水力Ⅱ_(BC)—夹层、层理、节理Ⅲ_(BCD)→吸水、微裂隙Ⅰ_(AC)—重力、水力Ⅱ_(BC)—节理Ⅲ_(D)→微裂隙Ⅰ_(C)—重力、水力Ⅱ_(BC)→重力Ⅱ_(B)。(3)底板注浆—注浆锚索强化成基脚、顶板—两帮深浅孔梯度注浆承载成拱形横“D”形再造承载层结构,可有效促进高应力软岩巷道围岩稳定。(4)提出了高应力软岩巷道“锚网索喷注”封闭再造承载层控制技术,应用后巷道断面收缩率小于1%,围岩控制效果显著。 展开更多
关键词 深井巷道 软弱围岩 变形机制 再造承载层 稳定性
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考虑时间效应的抽水蓄能电站混凝土岔管围岩应力及变形演变分析
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作者 徐明 邵明磊 +3 位作者 白浩东 彭思睿 范博文 王涛 《中国农村水利水电》 北大核心 2025年第5期79-85,共7页
大型水利水电工程建设过程中,其地下隧洞或洞室开挖施工以及投入使用后,深埋脆性围岩会出现脆性向延性转化的时效性变化及破裂扩展的过程。利用FLAC3D内置的编码语言FISH复现了应力侵蚀SC模型,并将其嵌入FLAC3D内置的Hoek-Brown本构模... 大型水利水电工程建设过程中,其地下隧洞或洞室开挖施工以及投入使用后,深埋脆性围岩会出现脆性向延性转化的时效性变化及破裂扩展的过程。利用FLAC3D内置的编码语言FISH复现了应力侵蚀SC模型,并将其嵌入FLAC3D内置的Hoek-Brown本构模型。以沙河抽水蓄能电站输水系统尾水岔管为研究对象,完成了其正常运行工况下的围岩稳定性分析以及支护结构应力变形分析,并以此为基础对其考虑应力腐蚀(以下简称SC:Stress Corrosion)的岩石时效性破裂扩展行为开展研究,揭示了抽水蓄能电站输水系统围岩的脆-延转化特性及时效性破裂扩展特性,对于抽水蓄能电站的设计及安全运行具有重要意义。 展开更多
关键词 FLAC3D 应力及变形演变 时间效应 岔管围岩 应力腐蚀
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基于弹塑性理论的层状岩体隧道围岩塑性区初探
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作者 周书东 张彤炜 +2 位作者 王新生 马潇潇 刘红岩 《水文地质工程地质》 北大核心 2025年第5期140-149,共10页
针对目前隧道围岩塑性区的理论研究主要聚焦于各向同性岩体圆形隧道,而对工程中常见的层状岩体隧道研究甚少的不足,采用理论方法对其进行研究。首先,基于Kastner提出的圆形隧道围岩塑性区计算方法,引入统一强度理论及围岩-支护结构相互... 针对目前隧道围岩塑性区的理论研究主要聚焦于各向同性岩体圆形隧道,而对工程中常见的层状岩体隧道研究甚少的不足,采用理论方法对其进行研究。首先,基于Kastner提出的圆形隧道围岩塑性区计算方法,引入统一强度理论及围岩-支护结构相互作用机理,建立了能够同时考虑中间主应力σ_(2)及围岩-支护结构相互作用的各向同性岩体圆形隧道围岩塑性区计算模型。其次,根据层状岩体在压缩荷载下的变形及破坏模式,借鉴前人研究成果得到了层状岩体在压缩荷载下的等效抗剪强度参数和变形参数计算方法。最后,将上述计算方法代入能够同时考虑σ_(2)及围岩-支护结构相互作用的各向同性岩体圆形隧道围岩塑性区计算模型,建立相应的层状岩体圆形隧道围岩塑性区计算模型,并进行了算例分析。结果表明:(1)层状岩体围岩塑性区具有很强的方向性和对称性,在平行或垂直层理面方向,围岩塑性区分别为最大或最小;(2)随着层理面摩擦角及黏聚力和中间主应力系数的增加,围岩塑性区均逐渐减小,但其减小程度逐渐降低;(3)随着层理面弹性模量的增加,围岩塑性区则逐渐增大,但其增加幅度逐渐减小并趋于某一定值。以层理面摩擦角为例,当其由10°分别增加至15°、20°、25°、30°时,围岩塑性区面积由97.04 m2分别减小至67.95,50.90,39.74,31.85 m2,减小幅度分别为29.98%、25.09%、21.93%、19.85%,即减小幅度依次降低,这说明当随着层理面摩擦角的增加,其对隧道围岩塑性区的影响逐渐降低。研究成果可为层状岩体隧道建设提供有益参考。 展开更多
关键词 层状岩体 围岩塑性区 统一强度理论 等效抗剪强度参数 等效变形参数
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