矩形巷道圍巖受力與變形破壞特性試驗研究.pdf

1、巷道圍巖變形破壞是煤礦開采等地下工程中一種煤巖體動力現(xiàn)象。隨著煤礦開采深度的不斷增加，圍巖變形破壞發(fā)生頻度和危害性愈發(fā)顯現(xiàn)和日趨嚴重，對其變形與受力破壞特性及支護技術的研究，已成為我國礦山建設工程重大技術課題。本論文運用理論分析、模擬試驗等方法，對煤礦矩形巷道圍巖受力及變形破壞特性進行研究，揭示其變形破壞規(guī)律，為巷道支護提供理論依據。主要工作和結論有：
　?。?）巷道開挖后會引起初始地應力場的重新分布，原有的三向平衡受壓狀態(tài)被打破

2、，在巷道周邊形成次生應力場。次生應力場的大小與原巖應力有關，其集中應力一般為原巖應力的2-3倍，沿圍巖自由面向內遞減至原巖應力；次生應力場使圍巖處于不均衡的二向受力擠壓狀態(tài)，巖體將向洞室方向松脹破壞，其變形破壞規(guī)律與地應力、地質構造、圍巖巖性、巷道結構等主要因素密切相關。
　?。?）巷道變形失穩(wěn)的發(fā)生主要是地應力、形變壓力和松動壓力與支護結構對圍巖相互作用的結果，矩形斷面由于結構形式不同其受力變形破壞規(guī)律具有明顯特征。巷道頂板主要

3、受垂直應力及水平應力的擠壓，頂板巖層將彎曲下沉、垮落形成一定范圍的冒落拱；對巷道兩幫圍巖，距離幫部不同位置處圍巖的受力特性不同，在頂?shù)装鍘r層的夾持作用下，巷道兩幫頂角部位容易產生應力集中并承受偏心壓力作用，使幫部圍巖多因受壓后縱向裂隙的擴展貫通而失穩(wěn)破壞。巷道頂板和兩幫圍巖的巖性及初始地應力大小對巷道圍巖受力破壞特性有很大影響。
　?。?）模擬試驗研究從巷道圍巖簡化單元體入手，模擬不同強度的巖石試樣，進行了不同受壓狀態(tài)、不同約束條

4、件下單元體的受力、變形及破壞規(guī)律的研究。試驗結果表明：偏心加載時，試樣的承載能力將明顯下降，且隨偏心距的加大而顯著降低，其破裂面從受壓面一側開始發(fā)展并最先破壞朝外突出，隨加載持續(xù)，破壞將向內側延伸擴展。在側限約束條件下，試樣抗壓強度會有所提高，其自由面一側的破壞主要表現(xiàn)為裂隙沿鉛垂方向擴展，形成了一定的層狀破壞形態(tài)，試驗在一定程度上再現(xiàn)并揭示了圍巖片幫及其變形破壞的形成和發(fā)生過程。
　?。?）運用相似理論建立了巷道圍巖幾何相似、強