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松动圈理论在地下深部层状围岩支护中的应用研究

万串串  
【摘要】:由于自然界层状岩体分布的广泛性,并且国家近几年各种工程建设趋于高峰期,致使层状岩体的工程稳定问题变得越来越受重视,反映到地下工程中则集中体现在岩体的支护上。层状岩体作为一种复杂岩体,其强度及变形性质通常呈现出横观各向同性或正交各向异性等特征,并且其破坏方式及机理也明显异于其他岩体,因此在设计层状围岩支护方式前需充分研究其破坏机理。为此,本论文通过引入围岩松动圈支护理论,利用理论分析、数值模拟、现场监测等手段就深部层状岩体围岩支护问题展开了深入研究。主要研究内容和结论性成果如下: (1)研究了无层状岩体中圆形巷道围岩的应力分布,得到了巷道围岩的塑性区半径和松弛区半径,并探讨了巷道深度、巷道半径、围岩抗剪参数与围岩松动圈的关系;在此基础上,定性研究了层状岩体对围岩松动圈的影响,发现层状岩体的强度及变形特征具有显著的倾角效应,并且其数值大小依赖于岩石材料的各向异性程度。 (2)运用RFPA2D-SRM计算软件,分别研究了无层状岩体及层状岩体中巷道围岩的松动破坏情况,验证了该软件的适用性,并探讨了不同层理倾角、不同侧应力系数下层状岩体中巷道围岩损伤弱化及裂纹萌生、扩张、贯通直至洞室破坏失稳过程,定性分析了层状岩体的工程稳定问题。 (3)通过引入围岩松动圈支护理论,依次探讨了巷道围岩的主要支护对象、巷道支护围岩松动圈分类方法以及锚杆支护机理。以该理论作为指导,详细调查了沙坝土矿深部巷道的破坏情况,测试研究了红页岩的物理力学性质,现场测试了巷道表面与内部岩体的变形破坏规律,设计了一种协调变形吸能锚杆,最终优化了目前矿山使用的支护方式与施工工艺,并进行了现场工业试验,取得了良好的技术经济效果。


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