不同侧压系数下的马蹄形洞室岩爆过程模拟.pdf

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1、矿业工程第12卷第5期30MiningEngineering2Ol4年1O月不同侧压系数下的马蹄形洞室岩爆过程模拟孥多勇(中冶北方工程技术有限公司，辽宁大连116622)摘要：利用RFPA”模拟了硬脆性岩体中马蹄形洞室的岩爆过程，再现了由于侧压系数不同，导致洞室岩爆破坏位置有所不同。当一1／2时，岩爆破坏主要表现为两帮破坏；当^一l时．岩爆破坏主要表现为拱顶；当A一2时，岩爆破坏主要表现为拱顶和两帮的破坏。关键词：岩爆；马蹄形洞室；RFPA；侧压系数中图分类号：O381文献标识码：A文章编号：l67l一8550(2014)05—0030021概述岩爆是洞室开挖容易引起的地质灾害之一，通

2、常表现为岩石内部破裂和弹性应变能突然释放而引起的爆裂松脱、剥离、弹射乃至抛掷性失稳破坏。PhPh对于岩爆的研究，数值模拟是一种非常重要的手段。齐庆新等’利用数值模拟手段对冲击地压、矿震与岩爆现象进行了对比分析。王学滨等_2利用FIAC”模拟了不同围压下圆形巷道的岩爆过程；陈陆望等利用FLAC模拟了准三维状态下的圆形洞室在硬脆性围岩下的数值模拟，图1模型的几何特征及边界条件并与物理模拟结果进行对比王善勇等通过RFPA。模表1计算方案(侧压力系数=Ph／P)拟声发射，探讨了矿柱岩爆的物理过程。然而，在实际_[程中，除了圆形洞室外，还有许多情况会采用马蹄形(上圆下方)洞室。对马蹄形洞室的研究

3、，陈陆望等[5利用大型真三轴物理模型试验机进行了高应力条件下平面应变物理模型试验，得到了与_T程实际基本一致的结果。本文在物理模型试验的基础上，利用RFPA。”对硬脆性马蹄形洞室进行数值模拟，侧重研究侧压力系数的不同，利用剪应力图和声发射图对马蹄形洞室发生岩爆位置的预测以及说3计算结果及分析明岩爆发生的突然性。在RFPA”中，剪应力图中的亮度代表应力值的大小，2数值模型的建立亮度越高，则应力值越大；声发射图中．圆圈的大小代表采用矩形平面应变模型见图1，模型长(x轴方向)及声发射释放能量的大小，圆圈的多少代表声发射的数量，高(y轴方向)均为800mlTl，洞室的左右两边距离边界以及红圆圈

4、代表拉破坏，白圈代表剪切破坏，黑色区域反映的底边距离下边界都为320mm，拱的半径为80mm，洞的总是以前积累的声发射。高为240mm，模型的x方向受P作用，Y方向受P作用。3．1方案一(=1／2)的结果由于研究硬脆性围岩下的情况，故岩石材料参数设置为弹性模量E一25GPa，抗压强度o一80MPa，泊松比一0．21。在RFPA里面．采用修正的莫尔一库伦准则判据作为单元破坏的准则。内摩擦角(p一35。，岩石的压拉比C／丁=15。计算方案如表l。收稿13期：20】4—04—01作者简介：李多勇(1978一)，男(汉族)，辽宁沈阳人，中冶北方工程技术有限公司高级工程师。图2=I12时洞室破坏

5、剪应力图图3A=1／2时洞室破坏声发射图2O14年第5期李多勇不同侧压系数下的马蹄形洞室岩爆过程模拟31●■●●●●●●图8不同侧压系数围岩的声发射谱从、5知一Pl5·45MPa与P一15·45MPa4结论(step109)时，岩表现出微破裂，有些许声发射产生。、J，加载到P一17．75MPa与P，一17．75MPa(tp155)通过数值模拟，得到了与物理模型试验相吻合的结果。时，涮室顶部开始发生破坏，声发射事件增多。当加载到围岩在发生破坏后，该状态会持续相当长的一段时间，表P一21．7Mta与J】一21．7MPa(step234)时，围岩中声现出相对稳定性，然而继续加载较4、的量，在

6、极短的时间发射次数增多，两帮靠近底部的地方m现声发射，但围岩内，围岩就可能发生大范围的破坏，表现m岩爆发生的突的破坏范没有增大，表现LiJ较长时间的稳定性。然而当然性，这种现象在声发射谱中，也得到^『体现。侧压系数加载到P一21．8Mta与P一21．8MPa(step236)时，洞不同，岩爆发生破坏的位置则不同：当一1／2时·岩爆破室顶部发生破坏范扩大，声发射数量增加显著，这时洞坏主要表现为从拱肩开始，向两帮扩展的破坏；当^一1顶极有可能发崧爆。在整个过程中，围_岩的破坏范围，时，岩爆破坏主要表现为拱顶；当A2时，岩爆破坏主要产生声发射的化髓郁主要集巾在洞顶。表现为拱顶和两帮的破坏。3

7、．3方案三(=2)的结果参考文献：从=13．35MP一ae·75MPa口曩曩嘉’喜嚣煮，(step67)时．．刚，在两帮的中⋯间位置开始．田In现微破．裂，声．发．(11)．1852～185射释放能量很小。P^一18．15MPa与P一9．075MPaE23王学滨，潘一山，王玮．不同同压条件下的圆形巷道岩爆过(steps，一十，围除r两帮破坏外，在洞顶也开始出现破[。]，盖善坏，然而声发射释放的能量还是很小。当P一19．9MPa与模拟[J]．《应