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软岩巷道GTMR法力学参数评估及锚注机理研究

汤永平  
【摘要】: 地下岩体在巷道开挖前处于平衡状态,巷道一旦开挖,原岩应力失去平衡,应力将重新分布,如岩体的强度不够,围岩将失稳,巷道将受到破坏。因此,有必要对软弱围岩采取支护措施。支护方法因岩体性质、断面大小、服务年限和地应力等对巷道的影响不同而各异。我国常用的传统支护有木、各类金属支架、料石或混凝土砌碹等。而锚杆及以锚固为主的综合支护正在成为适应各种条件的新型支护。 岩体力学参数的确定是巷道支护工程中一项基础工作,是指导设计与施工和数值模拟的可靠保障。本文结合现场调查、岩石力学试验、软岩力学性质研究和数值模拟确定了大坊矿软岩的性质与类别、破坏机理和支护难点。基于修正的RMR法-GTMR法,估算巷道岩体力学参数。该方法较全面地考虑了完整岩石强度、地下水条件、岩石质量指标、巷道埋深、地震烈度、巷道形状等影响岩体力学性质的因素,并基于完整岩石强度、岩石质量指标权值的连续修正,减少了主观判断带来的误差。把巷道开挖弱化因子和锚固增强因子引入广义Hoek-Brown强度准则,借用两因子计算式,得到了开挖前和锚固后的岩体力学参数,并应用到大坊矿软岩巷道锚注支护实践中。 锚注支护是软岩工程加固中正在推广应用的支护形式,锚注支护具有施工快、效果好、工程造价低等优点,但其理论不够完善。本文基于软岩巷道“锚注支护嵌套力学计算模型”,优化锚注支护,利用弹塑性理论分析,得到不同区域的应力、位移、围岩弹塑性区和锚注区半径与初期支护力之间的关系式。依据理论分析结果,分析锚注机理,提出了软岩巷道支护定量设计的方法。应用突变理论,结合圆形巷道有效承载圈和锚注支护圈的突变失稳模型,得到了锚注体有效承载圈稳定的最小厚度计算式和注浆锚杆与其间排距的关系式。 本文以大坊矿巷道加固为工程背景,利用力学分析模型和应力、应变计算式以及锚注圈的突变分析模型对典型巷道的加固处理进行理论分析和研究,并利用FLAC-3D软件对典型巷道进行数值计算和现有理论分析计算进行对比,验证了理论的可靠性和实用性。


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