本文關(guān)鍵詞：考慮滲流作用的深部巷道圍巖流變特性及控制機理研究

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【摘要】：地下水滲流是導(dǎo)致深部巷道圍巖劇烈流變大變形與破裂失穩(wěn)的重要因素之一,開展?jié)B流-應(yīng)力耦合作用下深部巷道圍巖流變特性及其控制機理的研究,對于解決我國大量的深部富水巷道圍巖控制難題具有重要的理論與工程意義。本文以深部富水巷道工程地質(zhì)條件為研究背景,綜合運用實驗室試驗、理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測相結(jié)合的方法,對滲流-應(yīng)力耦合作用下深部巷道圍巖流變特性及控制機理進行深入系統(tǒng)地研究,取得了以下創(chuàng)新性成果:(1)利用自主研發(fā)的巖石滲流試驗裝置,配合MTS816巖石電液伺服試驗系統(tǒng),系統(tǒng)開展了巖石峰后流變-滲流耦合試驗,獲得了不同峰后應(yīng)力狀態(tài)、圍壓及孔隙水壓下巖石峰后流變變形、流變速率、滲透系數(shù)等隨時間的演化規(guī)律,揭示了滲流-應(yīng)力耦合作用下巖石峰后的流變特性及滲透特性,并結(jié)合巖石CT掃描和電鏡掃描(SEM)試驗,查明了滲流-應(yīng)力耦合作用下巖石流變破壞形式和微細觀破裂機理。(2)基于巖石峰后流變-滲流耦合試驗結(jié)果,引入非線性粘塑性體改進西原模型,建立了考慮滲流作用的巖石峰后非線性流變模型,利用Laplace積分變換推導(dǎo)了巖石峰后非線性流變?nèi)S本構(gòu)方程,借助Newton-Quasi非線性優(yōu)化算法辨識了模型中的流變參數(shù)。將該模型與經(jīng)典的流-固耦合理論相結(jié)合,建立了巖石峰后非線性流變-滲流耦合模型,并將其嵌入至FLAC3D軟件中,對滲流作用下巖石三軸壓縮流變過程進行數(shù)值模擬,模擬結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好,證明了該模型的有效性與可靠性。(3)以典型的深部富水巷道工程地質(zhì)條件為背景,利用提出的巖石峰后非線性流變-滲流耦合模型,建立了滲流-應(yīng)力耦合作用下深部巷道三維數(shù)值計算模型,系統(tǒng)地研究了考慮滲流作用的深部巷道圍巖應(yīng)力場、位移場、塑性區(qū)分布及滲流場隨時間的演化特征,分析了不同孔隙水壓和時間等因素對巷道圍巖流變變形、破壞形態(tài)和滲流行為的影響規(guī)律,揭示了滲流-應(yīng)力耦合作用下深部巷道圍巖流變大變形與破裂失穩(wěn)機理。(4)針對深部富水巷道圍巖的流變大變形特征,提出了一種以高強讓壓注漿錨桿為核心的“讓壓-錨注”耦合控制方法,系統(tǒng)研究了不同讓壓距離、不同讓壓載荷以及不同注漿時機對滲流作用下深部巷道圍巖應(yīng)力、變形、塑性區(qū)分布的影響規(guī)律,揭示了“讓壓-錨注”耦合作用對深部富水巷道圍巖大變形的控制機理,為解決我國深部富水巷道圍巖控制難題提供了一條新的技術(shù)途徑。
【關(guān)鍵詞】：深部巷道 滲流 流變特性 讓壓 錨注
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD353
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• Extended Abstract8-25
• 1 緒論25-40
• 1.1 研究背景及意義25-27
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀27-36
• 1.3 存在的主要問題36-37
• 1.4 研究內(nèi)容與技術(shù)路線37-40
• 2 巖石峰后流變-滲流耦合試驗研究40-73
• 2.1 巖石的組分與微結(jié)構(gòu)分析41-45
• 2.2 巖石三軸壓縮試驗及峰后裂紋分布規(guī)律45-58
• 2.3 巖石峰后流變-滲流耦合試驗研究58-71
• 2.4 本章小結(jié)71-73
• 3 巖石峰后流變-滲流耦合模型73-91
• 3.1 巖石流變理論模型73-76
• 3.2 巖石峰后流變模型的建立76-86
• 3.3 巖石峰后流固耦合模型86-88
• 3.4 基于FLAC 3D的巖石峰后流變-滲流耦合模型的驗證88-89
• 3.5 本章小結(jié)89-91
• 4 考慮滲流作用的深部巷道圍巖流變特性研究91-106
• 4.1 考慮滲流作用的巷道圍巖彈塑性分析91-94
• 4.2 考慮滲流作用的深部巷道圍巖流變特性數(shù)值模擬研究94-105
• 4.3 本章小結(jié)105-106
• 5 考慮滲流作用的深部巷道圍巖“讓壓-錨注”耦合控制機理研究106-140
• 5.1 深部巷道圍巖讓壓和注漿控制機理107-118
• 5.2 不同讓壓條件對深部巷道圍巖控制的影響118-130
• 5.3“讓壓-錨注”耦合支護對深部巷道圍巖控制的影響130-137
• 5.4 深部富水巷道圍巖“讓壓-錨注”耦合控制技術(shù)137-139
• 5.5 本章小結(jié)139-140
• 6 工程實踐140-151
• 6.1 工程背景140-142
• 6.2 巷道圍巖變形失穩(wěn)特征142-143
• 6.3 巷道圍巖控制方案設(shè)計143-148
• 6.4 巷道圍巖變形觀測148-150
• 6.5 本章小結(jié)150-151
• 7 結(jié)論與展望151-154
• 7.1 主要結(jié)論151-153
• 7.2 展望153-154
• 參考文獻154-169
• 作者簡歷169-172
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集172

【參考文獻】

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本文編號：808509