發(fā)布時間：2020-03-21 04:29

【摘要】：巖體穩(wěn)定問題關系到所有巖石工程施工、運行的安全和效益,包括礦山巷道、交通運輸、水利水電等重要基礎工業(yè)內(nèi)容。深部巷道巖體的變形和破壞,不但與強度有關,而且涉及到結(jié)構失穩(wěn)。在工程地質(zhì)范疇,較早就有巖石結(jié)構的說法,巖石結(jié)構的分類說明了不同巖石結(jié)構的力學響應是不同的。以工程巖體的結(jié)構性考慮巷道工程穩(wěn)定,涉及對巖石工程穩(wěn)定問題認識的基本觀念和處理方法,特別對于深部巷道巖石工程更是如此,因此從強度和結(jié)構兩方面研究深部巷道不同結(jié)構巖體的承載特性具有重要意義。本文以國投新集阜陽礦業(yè)有限公司埋深為742m~877m的口孜東礦西翼軌道大巷為工程背景,以物理模型試驗和數(shù)值計算分析為研究手段,研究了深部巷道完整圍巖、層狀圍巖和塊狀圍巖在相同支護條件下,圍巖的變形破壞模式以及承載特性。(1)考慮深部巷道圍巖峰后變形特點,通過12種配比約100個試樣的力學測試,研制了以河砂為骨料,水泥和石膏為膠結(jié)材料的模擬口孜東礦深部巷道圍巖變形破裂過程的相似材料。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)和工程等條件,設計并開展了深部巷道“完整巖體、層狀巖體和塊狀巖體”三類不同結(jié)構巖體錨固支護物理模型試驗。(2)采用課題組自主研制的PhotoInfor V7.2數(shù)字照相量測分析系統(tǒng),獲得了完整、層狀和塊狀結(jié)構巖體在支護條件下的圍巖變形破裂演化全過程及應力/弱面誘導劣化破壞模式;分析了不同巖體結(jié)構圍巖內(nèi)部徑向應力和切向應力演化規(guī)律,獲得了不同結(jié)構巖體對巷道開挖卸荷圍巖主承載區(qū)分布模式的影響規(guī)律,揭示了不同結(jié)構圍巖壓力拱形成機制。(3)通過UDEC數(shù)值模擬軟件建立了深部巷道不同結(jié)構巖體離散元模型,研究了層狀巖體層厚和塊狀巖體傾角對圍巖壓力拱空間分布特征影響規(guī)律,獲得了圍巖穩(wěn)定最不利傾角分布區(qū)間,提出了深部巷道圍巖錨固成拱判據(jù),揭示了層狀巖體層厚和塊狀巖體傾角對深部巷道圍巖錨固壓力拱發(fā)育演化影響機理。
【圖文】：

（a）層狀巖體 （b）塊狀巖體圖 1- 1 不同結(jié)構巖體Figure 1- 1 Rock mass with different structures由此可見，深部巷道圍巖的穩(wěn)定性不但與強度有關，而且有與承載結(jié)構密切相關從強度和結(jié)構兩個方面探討深部巷道不同結(jié)構巖體出現(xiàn)的破壞現(xiàn)象以及深部巷道開巖的承載特性具有重要意義。2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 (Present Research Status at Home and Abroad)深部巷道受開挖卸荷的影響，巷道圍巖不可避免地發(fā)生變形破裂，成為結(jié)構以及質(zhì)上更為復雜的破裂巖體。破裂后的圍巖內(nèi)部充滿了裂隙和滑移塊體。這些新產(chǎn)生強度沒有太大損失，它們之間相互擠壓、交錯、摩擦、嵌固，形成了一定的整體結(jié)，使得實際工程現(xiàn)場巷道圍巖雖然充滿裂隙和破裂塊體，但仍然能夠保持穩(wěn)定，不發(fā)生失穩(wěn)，宏觀上表現(xiàn)出明顯的結(jié)構效應。目前，關于巖石工程圍巖穩(wěn)定的研究主要是圍繞巖石的強度問題。實際上，通常圍巖失穩(wěn)主要包括坍塌冒落、大變形以及巖爆（沖擊礦壓）三種類型。盡管圍巖失

天然膠質(zhì)產(chǎn)品膠結(jié)料（如松香、瀝青等），隨著室內(nèi)物理模擬試驗研究的深入，又出現(xiàn)了許多新的相似模擬材料，如河砂松香酒精材料[98]、MIB 材料[99]、NIOS 材料[100]、鐵晶砂膠結(jié)巖土相似材料[101]等。MIB 材料由重晶石粉、膠膜鐵粉和松香酒精溶液攪拌混合而成，該材料彈性模量可根據(jù)膠膜厚度進行有效調(diào)整，其缺點是作為鐵粉膠粘劑的氯丁膠含有甲苯，對人體的毒副作用較大。NIOS 地質(zhì)力學模型材料由磁鐵礦精礦粉、河砂、粘結(jié)劑石膏或水泥、拌和用水及添加劑組成，該材料的特點是重度大、價格低廉、性能穩(wěn)定，但模型干燥慢、養(yǎng)護時間長。鐵晶砂膠結(jié)巖土相似材料是由鐵礦粉、重晶石粉、石英砂、石膏粉和松香酒精溶液按規(guī)定的配比均勻拌合壓實而成的一種復合材料，該材料具有重度高、力學參數(shù)變化范圍廣等優(yōu)點，，但是原材料種類多且不易獲取。以上相似模擬材料雖具有較多的優(yōu)點，但其一個共性就是組成模型材料的組分過多，致使模型制作過程繁瑣，結(jié)合以上各相似材料的特性，在滿足課題對深部巷道圍巖承載特性研究目的要求的前提下，本著相似材料應組分簡單、價格低廉、模型制作便利等幾個原則，決定選用細河砂作為骨料，水泥和石膏（圖 2- 1）作為膠結(jié)劑，通過均勻攪拌壓實制成課題研究所用相似模擬材料，用于模擬深部巷道圍巖。
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TD322

【參考文獻】

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本文編號：2592756