›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (4): 1077-1083.

• 岩土工程研究 • 上一篇    下一篇

泥化弱胶结软岩地层中矩形巷道的变形破坏过程分析

李廷春,卢 振,刘建章,马旭强   

  1. 山东科技大学 山东省土木工程防灾减灾重点实验室,山东 青岛 266590
  • 收稿日期:2012-10-16 出版日期:2014-04-10 发布日期:2014-04-18
  • 作者简介:李廷春,男,1968年生,博士,教授,硕士生导师,主要从事裂隙岩体力学特性方面的研究工作
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(No. 51279096);山东省自然科学基金(No. ZR2012EEM030)。

Deformation and failure process analysis of rectangular roadway in muddy weakly cemented soft rock strata

LI Ting-chun,LU Zhen,LIU Jian-zhang,MA Xu-qiang   

  1. Shandong Provincial Key Laboratory of Civil Engineering Disaster Prevention and Mitigation, Shandong University of Science and Technology, Qingdao, Shandong 266590, China
  • Received:2012-10-16 Online:2014-04-10 Published:2014-04-18

摘要: 在西部地区,一定数量的矿区处于泥化弱胶结软岩地层,此类软岩胶结性差、强度低、遇水泥化。矩形是采区巷道的常用型式,但其断面受力不均、稳定性差。在上述软岩地层中的矩形巷道承载力低、变形量大、变形持续时间长,给煤矿的安全生产带来极大困难。以内蒙古新上海一号煤矿皮带顺槽矩形巷道为背景,运用FLAC3D软件中的Cvisc黏弹塑性模型,对矩形巷道的变形破坏进行了数值模拟,并将模拟结果与现场监测结果对比分析。结果表明:巷道开挖支护后,受断面形状影响,矩形巷道四角出现压应力集中和顶板受拉区,巷道顶板下沉量大,底板底臌严重,两帮向巷道挤出;受围岩岩性影响,围岩进入塑性的时间快短、范围大,塑性区超出了支护体的作用范围,造成锚杆(索)的锚固效果难以完全发挥,围岩出现整体滑动的现象;巷道变形呈现出流变变形的特性,变形量随时间持续增加,持续的蠕变变形超出了支护体的可控范围,最终引起巷道的失稳破坏。

关键词: 软岩, 矩形巷道, 变形, 破坏, 数值模拟

Abstract: In west China, a certain number of mining areas are in the mud weakly cemented soft rock strata; these soft rocks have the properties such as poor cementation, low strength and mudding when encountering water. Rectangle is a common pattern of mining roadway, but the wall rock stress is nonuniform and its stability is poor. In the soft rock strata, the rectangular roadway bearing capacity is low, and deformation is large and will last for a long time; these bring great difficulties for the safety of coal mine production. The belt crossheading rectangular tunnel of the new Shanghai No.1 coal mine in Inner Mongolia is taken for example, the rectangular tunnel deformation and failure are simulated through the Cvisc viscoelastic plastic model of FLAC3D. The simulation results are compared with in-situ monitoring values. The results show that: Influenced by cross-section shape, compressive stress concentrate in the four corners, zone of tensile stress is significant in the roof, roof subsidence is big, the floor heave and sides deformation are serious. Influenced by surrounding rock lithology, surrounding rock mass plastic zone is bigger and it causes support structure is difficult to fully play the effect, and surrounding rock appears the phenomenon of whole sliding. In addition, the deformation of surrounding rock exhibits rheological deformation characteristics, deformation quantity increases with time, continuous creep deformation is beyond the controllable limit of support body, eventually causes the instability and failure of the tunnel.

Key words: soft rock, rectangular roadway, deformation, failure, numerical simulation

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[1] 宋文成, 梁正召, . 承压水上开采倾斜底板破坏特征 与突水危险性分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 624-634.
[2] 孙锐, 杨峰, 阳军生, 赵乙丁, 郑响凑, 罗静静, 姚捷, . 基于二阶锥规划与高阶单元的 自适应上限有限元研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 687-694.
[3] 宋义敏, 张 悦, 许海亮, 王亚飞, 贺志杰. 基于非均匀特征的岩石蠕滑与黏滑变形演化研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 363-371.
[4] 王国辉, 陈文化, 聂庆科, 陈军红, 范晖红, 张川, . 深厚淤泥质土中基坑开挖对基桩 影响的离心模型试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 399-407.
[5] 周翠英, 孔令华, 崔光俊, 于磊, 刘镇, . 基于天然红层材料的软岩成型模拟研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 419-427.
[6] 樊科伟, 刘斯宏, 廖洁, 方斌昕, 王建磊, . 袋装石土工袋剪切力学特性试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 477-484.
[7] 王培涛, 黄正均, 任奋华, 章亮, 蔡美峰, . 基于3D打印的含复杂节理岩石直剪特性 及破坏机制研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 46-56.
[8] 李翻翻, 陈卫忠, 雷江, 于洪丹, 马永尚, . 基于塑性损伤的黏土岩力学特性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 132-140.
[9] 鲁海峰, 孟祥帅, 颜伟, 姚多喜, . 采煤工作面层状结构底板采动稳定及 破坏深度的圆弧滑动解[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 166-174.
[10] 于丽, 吕城, 段儒禹, 王明年, . 考虑孔隙水压力及非线性Mohr-Coulomb破坏准则下浅埋土质隧道三维塌落机制的上限分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 194-204.
[11] 郑坤, 孟庆山, 汪稔, 余克服, . 珊瑚骨架灰岩三轴压缩声发射特性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 205-213.
[12] 王忠凯, 徐光黎. 盾构掘进、离开施工阶段对地表变形的 影响范围及量化预测[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 285-294.
[13] 夏 坤, 董林, 蒲小武, 李璐, . 黄土塬地震动响应特征分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 295-304.
[14] 介玉新, 张延亿, 杨光华, . 土石料湿化变形计算方法探讨[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 11-20.
[15] 周翠英, 梁宁, 刘镇, . 红层软岩压缩破坏的分形特征与级联失效过程[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 21-31.
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[1] 刘小文,常立君,胡小荣. 非饱和红土基质吸力与含水率及密度关系试验研究[J]. , 2009, 30(11): 3302 -3306 .
[2] 黄建华,宋二祥. 大型锚碇基础围护工程冻结帷幕力学性态研究[J]. , 2009, 30(11): 3372 -3378 .
[3] 王观石,李长洪,陈保君,李世海. 应力波在非线性结构面介质中的传播规律[J]. , 2009, 30(12): 3747 -3752 .
[4] 王朝阳,许 强,倪万魁. 原状黄土CT试验中应力-应变关系的研究[J]. , 2010, 31(2): 387 -391 .
[5] 邓 琴,郭明伟,李春光,葛修润. 基于边界元法的边坡矢量和稳定分析[J]. , 2010, 31(6): 1971 -1976 .
[6] 万少石,年廷凯,蒋景彩,栾茂田. 边坡稳定强度折减有限元分析中的若干问题讨论[J]. , 2010, 31(7): 2283 -2288 .
[7] 闫 铁,李 玮,毕雪亮. 基于分形方法的多孔介质有效应力模型研究[J]. , 2010, 31(8): 2625 -2629 .
[8] 刘 嘉,王 栋. 正常固结黏土中平板锚基础的吸力和抗拉力[J]. , 2009, 30(3): 735 -740 .
[9] 赵尚毅,郑颖人,李安洪,邱文平,唐晓松,徐 俊. 多排埋入式抗滑桩在武隆县政府滑坡中的应用[J]. , 2009, 30(S1): 160 -164 .
[10] 刘振平,贺怀建,朱发华. 基于钻孔数据的三维可视化快速建模技术的研究[J]. , 2009, 30(S1): 260 -266 .