高地应力巷道围岩的蠕变数值模拟

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1、第卷第期采矿与安全工程学报年月文章编号!高地应力巷道围岩的蠕变数值模拟邵祥泽!潘志存!张培森济宁监狱金桥煤矿山东济宁河海大学土木工程学院江苏南京摘要!通过分析高地应力下巷道围岩的变形破坏持点采用模型模型计算模式利用程序进行模拟研究该程序采用显式差分法可模拟岩土或其他村料的三维力学行为包括村料的屈服塑性流动粘性流动软化直至大变形为了分析不同原岩应力村料的弹性模量及粘滞系数对巷道围岩影响分别采用了不同深度及不同比例系数研究结果表明巷道围岩的位移移近量随着时间的增加而增加但最终趋于稳定其开始时存在位移移近加速段为此建议高应力条件下支护一定要及时这对高地应力巷道施1具有一定的指导

2、意义关键词!高地应力蠕变粘弹性中图分类号!文献标识码!随着国民经济的持续快速发展我国对能源的应力分布区围岩稳定性分析中必须考虑岩石的流需求日益增加目前有些煤矿都已向更深的水平延变特性伸工程实践表明地下铜室开挖后岩体的应力调从流变的角度运用流变力学理论对高地应整和变形破坏随时间变化而发展尤其采深逐渐增力下巷道围岩进行分析研究求解出围岩的应力加原岩应力越来越大巷道围岩的应力应变的时位移随时间的变化关系式进而利用数值模拟软件间效应就更为显著因此在地下工程尤其是高地进行模拟分析收稿日期!作者简介!邵祥泽男山东省寿光县人工程师从事煤矿生产及管理方面的研究采矿与安全工程学报第卷目前有

3、不少学者从事此方面的研究工作如脆延转化特性岩石的流变特性岩石的强度特薛琳以圆形巷道为例讨论了围岩支护系统应力征以及岩石的破坏特征尤其是岩爆等由上述的论与变形的时间效应建立了巷道围岩支护系统轴弹述可知随着开采深度的增加一系列工程灾害如性分析的一种新方法蠕变柔量法得到围岩支岩爆煤与瓦斯突出顶板垮落底板突水以及巷道护系统的适用于反问题的轴弹性应力解与位移解的流变形破坏等问题将日益严重笔者试图通过采对于反问题巷道围岩支护系统的新的轴弹性分析用大型商业化软件对不同原岩应力材料的弹性模方法使有支护和无支护围岩可以依据相同的轴弹量及轴滞系数对巷道围岩的时间效应进行模拟分性反分析的解析方

4、法识别围岩的力学模型和反演析力学参数解决了轴弹性位移反分析解析方法实用目前用于进行岩土工程的数值计算软件发展化中的一个重要问题华心祝建立了双向不等压迅速例如等以往的锚注软岩巷道计算模型将巷道围岩分为锚注加固数值模拟通常把空间问题简化为平面问题应用二区和未注围岩区分别采用不同的轴弹性模型解维的平面应变模型而三维数值计算具有更客观出锚注软岩巷道围岩应力位移轴弹性解同实际准确形象等诸多优点是模拟空间结构受力及变形观测得到的锚注软岩巷道位移曲线作比较证明其的重要手段是由美国轴弹性解是正确的研究结果对软岩巷道锚注设计开发的三维显式有限差分法程序它可具有一定的参考意义王祥秋基于软弱围

5、岩的蠕以模拟岩土及其他材料的三维力学行为该程序具变损伤机理提出了围岩蠕变损伤具有变形损伤与有强大的前后处理功能能很好地模拟地质材料在时间损伤耦合效应的观点运用模型引入达到强度极限或屈服极限时发生的破坏或塑性流蠕变损伤变量采用位移反分析方法对圆形巷道的动的力学行为特别适用于分析渐进破坏和失稳以轴弹性变形规律进行研究得出软岩巷道合理支护及模拟大变形它包含了种弹塑性材料本构模时间的确定方法通过工程实例证明该方法是合理型有静力动力蠕变渗流温度种计算模式的王永岩对深部工程中不同深度的巷道围岩在各种模式间可互相耦合可模拟多种结构形式如高地应力作用下的蠕变破坏过程进行了数值模拟岩体土体

6、或其他材料实体梁锚元桩壳以及人得到了时间蠕变水平地应力蠕变曲线组和时间工结构如支护衬砌锚索岩栓摩擦桩板桩界水平地应力蠕变三维曲面应用面单元等可模拟复杂的岩土工程或力学问题因和破坏准则获得了高地应力岩体的蠕变此本文将采用对高地应力巷道围岩的移破坏规律并计算验证了郑榕明和孙钩提出的非线近量随时间及材料属性的变化关系进行模拟分性流变理论李德海采用轴弹性理论的对应原析理对轴对称圆巷的轴弹性模型进行了分析从而高地应力下巷道缄弹性计算模型的选用得出了该模型位移场的理论解并利用大型通用有限元分析软件对轴对称圆巷的轴弹性目前用来计算轴弹性介质的计算模型很多考模型位移场进行了数值模拟分析在

7、此基础上对虑到高地应力下巷道围岩的变形特点采用理论解析解和数值模拟解进行了对比分析杨治模型模型该模型的组林针对板裂和似板裂介质结构围岩体的流变特成元件如图所示性建立了轴弹性围岩岩层的屈曲模型给出了可描述巷道围岩蠕变特征的岩板松弛模数及在一定载荷作用下轴弹性岩板的屈曲和后屈曲临界载荷特性曲线分析计算表明当岩板的压应力水平增大到亚临界屈曲状态时由于材料的非稳定蠕变特征将引起岩层的分岔失稳围岩发生后屈曲破坏图流变模型后屈曲模态幅值可作为岩层破坏的位移判据及时间判据周宏伟谢和平介绍了深部开采现状模型的本构方程为深部开采面临的技术难题以