岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (S1): 46-54.doi: 10.16285/j.rsm.2020.1054

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顶板对称固定块体最小固定面积松弛分析

陈庆发1, 2,龙恩林2,杨承业3,尹庭昌4,王贵宾5   

  1. 1. 广西大学 资源环境与材料学院,广西 南宁 530004;2. 广西大学 土木建筑工程学院,广西 南宁 530004; 3. 中南大学 资源与安全工程学院,湖南 长沙 410083;4. 西湖大学 工学院,浙江 杭州 310024; 5. 中国科学院武汉岩土力学研究所,湖北 武汉 430071
  • 收稿日期:2020-07-22 修回日期:2021-03-18 出版日期:2022-06-30 发布日期:2022-07-13
  • 作者简介:陈庆发,男,1979年生,博士,教授,博士生导师,从事矿山岩石力学和非传统采矿工艺理论方面的研究。
  • 基金资助:
    国家重点研发计划课题(No.2018YFC0808402);广西自然科学基金项目(No.2019GXNSFAA185026)。

Relaxation analysis of the minimum fixed area of roof symmetric fixed block

CHEN Qing-fa1, 2, LONG En-lin2, YANG Cheng-ye3, YIN Ting-chang4, WANG Gui-bin5   

  1. 1. School of Resources, Environment and Materials, Guangxi University, Nanning, Guangxi 530004, China; 2. School of Civil Engineering and Architecture, Guangxi University, Nanning, Guangxi 530004, China; 3. School of Resources, Safety and Engineering, Central South University, Changsha, Hunan 410083, China; 4. School of Engineering, Westlake University, Hangzhou, Zhejiang 310024, China; 5. Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China
  • Received:2020-07-22 Revised:2021-03-18 Online:2022-06-30 Published:2022-07-13
  • Supported by:
    This work was supported by the National Key Research and Development Plan(2018YFC0808402) and Guangxi Natural Science Foundation (2019GXNSFAA185026).

摘要: 现有顶板对称固定块体的稳定性分析,未考虑原岩夹持力与结构面断裂的影响,易造成分析结果的不准确。基于松弛分析法,分析了受夹持力时对称固定块体的受力情况,推导了结构面断裂下固定面处等效应力公式,探讨了受夹持力与结构面断裂共同影响时固定面处的联合应力分布状态,并给出了对称固定块体最小固定面积的解析解;运用PFC2D软件,模拟了对称固定块体的失稳过程,对比了最小固定面积数值解与解析解结果间的差异性;对广西高峰矿105#矿体某巷道顶板现场破断现象进行了实地调查。分析结果表明:(1)顶板对称固定块体的最小固定面积分别与块体高度、结构面和竖直面的夹角正相关;(2)最小固定面积的数值解与解析解结果基本一致,二者平均相对误差为7.4%;(3)夹持块体呈断裂脱落并在巷道顶板处留下可见最小固定面积,现场破断现象与松弛分析结果、数值分析结果相吻合。研究成果表明基于松弛分析法的顶板对称固定块体稳定性分析是科学合理的。

关键词: 固定块体, 最小固定面积, 松弛分析法, 数值试验

Abstract: The existing stability analysis of symmetrical fixed block of roof does not consider the influence of original rock holding force and structural plane fracture, which easily leads to inaccurate analysis results. Based on the relaxation analysis method, the stress situation of symmetrical fixed block under clamping force is analyzed, an equivalent stress formula of fixed surface under the fracture of structural plane is deduced, the joint stress distribution state of fixed surface under the joint influence of clamping force and structural plane frac-ture is discussed, and the analytical solution of the minimum fixed area of symmetrical fixed block is given. The symmetrical fixed block is simulated by PFC2D software, the difference between the numerical solution of the minimum fixed area and the analytical solution is compared, and the field investigation is carried out on the roof breaking phenomenon of a roadway in the #105 orebody of Gaofeng mine in Guangxi. The results show that: (1) The minimum fixed area of symmetrical fixed block is positively correlated with the height of block and the angle between structural plane and vertical plane, respectively. (2) The numerical solution of the minimum fixed area is basically consistent with that of analytical solution, and the average relative error between them is 7.4%. (3) The clamped block is frac-tured and falls off, leaving visible minimum fixed area at the roof of roadway. The results are in good agreement with the results of nu-merical analysis. The research results show that the stability analysis of symmetrical fixed block of roof based on relaxation analysis method is scientific and reasonable.

Key words: fixed block, minimum fixed area, relaxation analysis method, numerical test

中图分类号: 

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