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《巷道围岩破裂范围与位移的新研究_付国彬.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、2233第卷第期煤炭学报1199年月ACHACACF996巷道围岩破裂范围与位移的新研究关付国彬中国矿业大学,摘要考虑了岩石破裂后强度衰减应变软化和体积膨胀的重要特性导出了巷道围岩.破裂区半径、塑性区半径和周边位移的解析计算公式研究表明,应变软化程度对围岩破裂范,,;围有直接影响进而影响巷道收敛破裂膨胀性对围岩破裂范围影响不大但对巷道收敛影响,;显著围岩处于破裂状态时巷道收敛主要是由处于残余强度状态的破裂区围岩的碎胀变形引起.的关键词岩石力学破裂区半径巷道收敛应变软化体积膨胀巷道围岩破裂范围(破裂区半径)和位移是评价围岩稳定性的重要依据和巷道支护定量设计
2、的理论基础.应变软化和体积破裂膨胀是岩石的重要特性,即岩石破裂(应力超过强度极限)后,强度随应变,.r,-增大而衰减直至残余强度同时伴随着体积的塑性膨胀—体积应变不等于零以著名的FenenKast,,,r解答为代表的早期研究并且假定体积应变为零结果与实en将岩石视为金属那样的理想弹塑性材料际严重不符.,’,近年来国内有关研究l[,〕开始考虑岩石的应变软化性但同时又忽略了岩石破裂后体积膨胀的重要事实.与此相反,国外较多地考虑了岩石的破裂膨胀性,但给出了这一问题解析计算公式的只限于理想.、一,弹塑性弹脆性模型(它们只是理想弹性塑性应变软化模型的特例)包括Br
3、own等人的研究川,,因此全面考虑岩石的应变软化和破裂膨胀性给出具有普遍意义的巷道围岩破裂范围与位移的解析公式,具有重要的理论价值和实践意义.1力学模型的建立岩石的全应力一应变曲线可以简化为图1所示的理想弹性一塑性应变软化模型.,r.,半径为。在重新设在各向等压的原岩应力场中开掘一无限长的圆形巷道分布的应力作用下围.、,,岩中形成了破裂区I塑性区I和弹性区班如图2所示塑性区围岩已经破裂处于塑性应变软化状,,态(图1(a)中ab段);破裂区围岩处于残余强度状态(图1(a)中b`段)已完全失去自撑能力是.,.支护的对象按照广义的塑性概念塑性区、破裂区围岩应力
4、、应变和位移可以用弹塑性理论分析川,,假定巷道围岩近似满足弹塑性理论的基本假设且围岩重力不计由此建立了一个轴对称平面应变模型.根据弹塑性理论川,有dr,了`、吸Z目1、2刀些二r`C夕0l乙乙,O19夕ǔ+山一出一一乡一本文1995一01一12收到.,煤炭科学基金资助项目第期付国彬巷道围岩破裂范围与位移的新研究.,、￡,1_一「一又E夕C:U,(3)十一一)=Qrr,二,厂式中u为围岩径向位移;。E分别为围岩径向应力05、。、最小主应力即一一和分别为最大最小主应变,即匀一:1,。一:3.{{}{{}{i_二异汗二ù尸/,冬忿林…伙图2巷道围岩分区一.on一noroaaroeF92Zgysfdwk图l理想弹性一塑性应变软化模型一、b,RP;一;-R破碎区塑性区半径P支护阻力P原岩应Fig.1Idealelastie一plastiestrainsofteningmodel—一一,p,一’、力;少一岩石内摩擦角;CC〔一一区塑性区和破裂区￡1,。1,。3,。3、,弹性最大主应变主应力最小主应变和最,C厂、,pS/—的岩石粘结力c一(1一sln卯。(Zco卯C一(1一m妇时,、
6、小主应力;梦砂弹性塑性;区的应变畔塑性区(eos,’sn甲)。eos甲);。。,。,。、——Z卯C=(l一i户/(Z若户弹性区塑,、体积应变;mn考虑—塑性区破裂区围岩破裂膨胀引—性区和破裂区的岩石抗压强度;k进的参数应变软化系数—2巷(隧)道围岩位移2.1围岩应变与位移,,(l)弹性区弹性区围岩应变苟嵘和位移ue与现有解答相同即p:2,:,哪一一嵘一厂(R/)/Eue一厂R二/(E)(4),E;,一(1十n甲+l(一s。;产.式中为岩体弹性模量厂为参数厂产)「Z0Pisin卯]2/为岩石泊松比,(2)塑性区由图1(b)塑性区径向应变即和切向应变哪可以写
7、成￡;,,E*。￡,a犷一(C乒)一+△c军￡写一(暑)一+△,(s)△邵+m△嘴一(sb),.△邵△端;pSS式中和为塑性区围岩的径向应变与切向应变增量m一k一l(+in卯/(1一in卯川考虑岩,;,石破裂膨胀时m>1否则m一1,、,由式(sa)(5b)和几何方程(2)求解得塑性区围岩径向位移和径向切向应变分别为。:,.。`+,ǐ111_厂f2厂{R{-一汉于了、l门一丁一丁一一一{l(6)一乙1,一{-tm匕1蝶炭学报年第卷v厂飞.l
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