為了預(yù)測(cè)深部大跨度泥質(zhì)頂板剪切冒落失穩(wěn)區(qū)范圍,基于泥巖峰后黏聚力軟化-內(nèi)摩擦角硬化的力學(xué)特性,獲得了基于Mohr-Coulomb理論的泥巖峰后黏聚力軟化-內(nèi)摩擦角硬化的力學(xué)模型及參數(shù),構(gòu)建了深部大跨度泥質(zhì)巷道數(shù)值模型,提出了泥巖峰后各強(qiáng)度參數(shù)變化對(duì)巷道頂板剪切破壞區(qū)的影響范圍。結(jié)果表明:泥巖在峰后剪切破壞過程中具有明顯的黏聚力軟化-內(nèi)摩擦角硬化特性;基于泥巖峰后黏聚力軟化-內(nèi)摩擦角硬化計(jì)算獲得的巷道頂板剪切冒落高度小于黏聚力軟化-內(nèi)摩擦角軟化的計(jì)算高度;巷道頂板潛在剪切破壞區(qū)位置及范圍與泥巖峰后黏聚力軟化-內(nèi)摩擦角硬化計(jì)算結(jié)果十分接近。 

【文章來源】：中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù). 2016,12(01)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

泥巖應(yīng)力－應(yīng)變曲線

在剪切冒落失穩(wěn)區(qū)范圍，為巷道支護(hù)設(shè)計(jì)和圍巖穩(wěn)定性分析提供參考。1泥巖剪切破壞模型及參數(shù)1．1泥巖三軸剪切試驗(yàn)采用朝陽儀器GAW－2000微機(jī)控制電液伺服剛性壓力試驗(yàn)機(jī)，對(duì)內(nèi)蒙古高家煤礦典型泥巖試樣進(jìn)行三軸壓縮試驗(yàn)，獲得泥巖在三軸條件下的全應(yīng)力－應(yīng)變曲線如圖1所示。圖1泥巖應(yīng)力－應(yīng)變曲線Fig．1Mudstonecompletestress－straincurves在獲得泥巖峰值及峰后殘余強(qiáng)度基礎(chǔ)上，本文采用E．Hoek等［9］提出的擬合方法，獲得基于Mohr－Coulomb準(zhǔn)則的泥巖峰值及峰后殘余強(qiáng)度的主應(yīng)力曲線及強(qiáng)度擬合參數(shù)，如圖2所示。圖2泥巖強(qiáng)度擬合曲線Fig．2Mudstoneintensitycurvefitting通過擬合方法可以獲得泥巖峰值及峰后強(qiáng)度參數(shù)如表1所示，分析擬合結(jié)果可知，泥巖峰后黏聚力隨著強(qiáng)度衰減而衰減，而泥巖峰后內(nèi)摩擦角則隨著強(qiáng)度衰減而增大，這也體現(xiàn)了泥巖峰后具有明顯的黏聚力軟化－內(nèi)摩擦角硬化的特性，在以往的數(shù)值計(jì)算中，泥巖這種峰后力學(xué)特性容易被忽視。表1泥巖強(qiáng)度擬合參數(shù)Table1Thefittingparametersofmudstonestrength強(qiáng)度準(zhǔn)則Mohr－Coulomb準(zhǔn)則強(qiáng)度參數(shù)σc/MPac/MPaφ/°R2E/MPav峰值18．36．220．10．99535．90．3殘余7．30．524．00．98281．2泥巖峰后剪切破壞模型以塑性理論為基礎(chǔ)的應(yīng)變軟化模型當(dāng)中，屈服準(zhǔn)則由應(yīng)力張量σij和軟化參數(shù)η表示為［10］:f(σr，σθ，η)=0(1)式中:σr為最大主應(yīng)力，σθ為最小主應(yīng)力。如圖3(a)所示，當(dāng)軟化參數(shù)η=0時(shí)，巖石處于彈性變形階段，0＜η＜η*時(shí)為應(yīng)變軟化階段，η＞η*為殘余階段，其中η*為巖石材料由應(yīng)變軟化轉(zhuǎn)變到殘余階段的臨界軟化參數(shù)值。當(dāng)巖石進(jìn)入峰后軟化階段后，巖石的黏聚力及內(nèi)摩擦

圖3巖石峰后軟化過程中的參數(shù)變化Fig．3Afterthreesegmentscurvesimplificationrockpeaks在FLAC3D中，Mohr－Coulomb應(yīng)變軟化模型中塑性剪切應(yīng)變用塑性參數(shù)εps表示，其增量形式為:Δεps=槡22(Δεpsi－Δεpsm)2+(Δεpsm)2+(Δεps3－Δεpsm)槡2(6)其中:Δεpsm=(Δεps1+Δεps3)/2(7)式中，Δεpsj(j=1、3)為塑性剪切應(yīng)變主增量。2大跨度泥質(zhì)頂板冒落區(qū)預(yù)測(cè)內(nèi)蒙古高家煤礦3上大巷為一條水平運(yùn)輸巷道，巷道埋深達(dá)660m，巷道初始設(shè)計(jì)斷面為矩形，圍巖主要為泥巖和薄層狀泥質(zhì)砂巖。其中水平主應(yīng)力為6．4MPa，垂直主應(yīng)力為8MPa。2．1巷道數(shù)值模型及參數(shù)本文采用FISH語言將泥巖峰后力學(xué)模型寫入FLAC3D中的Mohr－Coulomb應(yīng)變軟化模型中，構(gòu)建大跨度泥質(zhì)頂板二維數(shù)值模型，根據(jù)模型的對(duì)稱性，取模型的1/4部分計(jì)算，并對(duì)拱頂網(wǎng)格進(jìn)行局部加密，計(jì)算拱頂剪切冒落破壞區(qū)范圍，模型尺寸及邊界條件如圖4所示，其中σ0=8MPa為垂直主應(yīng)力，最大水平主應(yīng)力為0．8σ0。圖4數(shù)值模型尺寸及參數(shù)Fig．4Numericalmodeldimensionsandparameters根據(jù)泥巖峰后剪切破壞過程中強(qiáng)度參數(shù)變化特性，本文采用兩種計(jì)算方案進(jìn)行對(duì)比分析，方案一為假定泥巖峰后黏聚力軟化－內(nèi)摩擦角硬化，方案二為泥巖峰后黏聚力軟化－內(nèi)摩擦角軟化，通過兩種計(jì)算方案獲得巷道拱頂潛在冒落失穩(wěn)區(qū)范圍，并與現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)結(jié)果對(duì)比分析，驗(yàn)證本文提出的數(shù)值計(jì)算模型的準(zhǔn)確性。泥巖峰值強(qiáng)度參數(shù)見表1，兩種方案的強(qiáng)度參數(shù)見表2。表2數(shù)值計(jì)算參數(shù)Table2Numericalparameters強(qiáng)度參數(shù)cpeak/MPacres/MPaφpeak/°φres/°η*方案一6．20

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]采空區(qū)影響條件下巷道圍巖應(yīng)力監(jiān)測(cè)與研究[J]. 張磊,寇建恒,竇梅林,黃正均.  中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù). 2015(08)
[2]大斷面巷道中空預(yù)應(yīng)力注漿錨桿的支護(hù)效果研究[J]. 吳大偉,吳愛軍,蘇華友.  中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù). 2015(08)
[3]花崗巖峰后力學(xué)特性試驗(yàn)與模型研究[J]. 孫闖,張樹光,賈寶新,吳作啟.  巖土工程學(xué)報(bào). 2015(05)
[4]大跨度巷道頂板層面剪切失穩(wěn)機(jī)理及支護(hù)方法[J]. 牛少卿,楊雙鎖,李義,賈喜榮.  煤炭學(xué)報(bào). 2014(S2)
[5]綜采工作面冒落高度模糊綜合預(yù)測(cè)模型研究[J]. 張軍,王建鵬,楊文光.  中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2014(03)
[6]大斷面厚頂煤巷道頂板冒落破壞的上限分析[J]. 王琦,王洪濤,李術(shù)才,王德超,江貝,張紅軍,李為騰.  巖土力學(xué). 2014(03)
[7]深部軟弱巖體峰后等效力學(xué)模型及數(shù)值計(jì)算研究[J]. 孫闖,張向東,李永靖.  巖土工程學(xué)報(bào). 2014(06)



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