孔隙水对深部巷道稳定性影响研究-论文.pdf

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1、孔隙水对深部巷道稳定性影响研究曾庆瑶张学薇王敏妙。赵玉成(1．中国矿业大学力学与建筑工程学院，江苏徐州221116；2．中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点试验室，江苏徐州221116)摘要：随着经济的飞速发展，对资源的需求量越来越大，长期大强度的开采导致浅部的矿产资源已日渐枯竭，矿产资源的开采向深部转移，巷道的稳定性将受到高地应力和高孔隙水压力等深部恶劣环境的影响。因此本文运用岩体力学理论和有限差分软件FLAC3D。考虑流一固耦合的情况下，对高地应力下孔隙水压力的巷道的变形和稳定性进行了理论分析和数

2、值模拟，得到孔隙水的存在使巷道变形增大，巷道的稳定性减弱。关键词：孔隙水；流一固耦合；稳定性Abstract：Withtherapiddevelopmentofeconomy，therequirementforresourcesismoreandmorebig．Long—termhighintensityminingcausethedepletionofminerMresourcesinshallow，theexploitationofmineralresourcestransferredtodeep，th

3、estabilityofthetunnelwillbeafectedbythehishgroundstressandhighporewaterpressureandotherharshenvironment．Inthispaper，Consideringthefluid—solidCOU—piing．Thestabilityanddeformationoftunnelareanalyzedtheoreticallyandsimulatednumericallyunderthehishporewaterpre

4、ssureandhi【ghbyusingrockmechanicstheoryandthefinitediferencesoftwareFLAC3D．Getthattheexistenceoftheporewaterleadthedeformationoftun—nelincreases，SOthestabilityreduce．Keywords：porewater；fluid—solidcoupling；stability．中图分类号：F403．7：TD353文献标志码：A文章编号：1008—0155(2

5、014)06—0167—02随着人类社会对自然资源需求量的不断增大，矿0和C决定的直线，其斜率和纵轴方向的截距都减小产资源的开采开始由浅部向深部转移，因此深部开采了，这样的结果是可能导致直线与莫尔应力圆出现交是未来发展必然趋势⋯。随着矿山开采进人深部，地点，即材料屈服。这使得原本处于弹性状态的多孔介应力迅速增大，岩体所处的环境发生本质的变化，导致质，在孔隙水的润滑作用下，变为塑性屈服的状态。可岩体的自身的力学性能发生较大的改变，其次由于重见孔隙水润滑的作用下，使多孔介质岩体的强度降低。力和上部岩石的作用，深

6、部巷道还可能会受到较高孔1．2孔隙水对围岩强度的影响隙水压力的影响。以摩尔一库伦准则为例进行分析，当岩体受外载1孔隙水对巷道围岩的力学效应荷作用时，固体骨架的变形由有效应力引起J：1．1水对巷道围岩的润滑作用o-xo—px水与岩体发生化学反应改变岩石的力学性质和物．(1)质组成成分。以钠长石为例，在碳酸的参与下生成黏0o一p土矿物和胶体二氧化硅的化学反应方程式如下所示：其中：P为孔隙水压力Na2A12Si6010+2H20+CO2=H2A13Si208·H20+摩尔一库伦屈服准则：Na2CO3+4SiO2f

7、=c+()Itan(2)巷道围岩体是一个十分复杂的结构体，内部夹杂其中：C为黏聚力，为内摩擦角，假设一点应力状着无数的节理和裂隙，水侵入这些不连续面溶解可溶态的主应力分别为，所以在不考虑孔隙水压力作用下性岩，生成胶体，降低了不连续面的粗糙度，降低颗粒任意平面内的正应力和剪应力分别为。，0"3：之间的黏结J。不连续面若采用摩尔一库伦准则，体0-5+0-30-0-3()-：——一——COS2现在具体的准则上就是减小了年聚力和摩擦角。‘(3)：sin2“2考虑孔隙水压力作用，孔隙水压力为P时，任意平面内的正应力和

8、剪应力为：：—一一≥COS2一a—一P‘‘(4)一．．f，=—二——二sin25L‘2图1．1润滑作用示意图由于孔隙水压力的作用，各主方向的主应力全部如图1．1所示0<0，C