小規(guī)模薄煤層采空區(qū)地層公路隧道荷載及二襯砌內(nèi)力特征研究.pdf

1、煤層采空區(qū)地層是指含煤地層煤礦被開采后遺留下的空間區(qū)域，具有孔隙率大、離散性大、顆粒穩(wěn)定性差等特性，是典型的力學不穩(wěn)定地層。以往交通隧道選線大多以繞避措施通過煤層采空區(qū)地層，但隨著交通路網(wǎng)規(guī)劃越來越密集，繞避代價將越來越高，煤層采空區(qū)地層修建交通隧道的實例越來越多。穿越煤層采空區(qū)地層隧道施工擾動將改變地層原有平衡狀態(tài)，出現(xiàn)應力重新分布現(xiàn)象，增大隧道開挖施工風險，改變隧道襯砌結(jié)構(gòu)力學特征。本文依托于達州—萬州高速公路天坪寨隧道，采用離散元

2、顆粒流數(shù)值分析軟件和室內(nèi)相似模型試驗完成了薄煤層采空區(qū)地層承載能力和構(gòu)造形態(tài)模擬，主要研究成果如下:
　　1、基于煤層采空區(qū)地層的形成機理和離散元顆粒流數(shù)值計算軟件的特性，對煤層采空區(qū)地層離散元顆粒流數(shù)值計算軟件的適用性做了相應分析。
　　2、將公路隧道與煤層采空區(qū)三維空間關(guān)系等效為二維空間關(guān)系來研究，并采用離散元顆粒流方法得到了煤層采空區(qū)地層隧道初期支護剛度對隧道襯砌結(jié)構(gòu)受荷特性的影響規(guī)律;得到了上覆煤層采空區(qū)、下伏煤層采

3、空區(qū)和穿越等工況下隧道洞周圍巖顆粒細觀破壞特性、公路隧道襯砌承受荷載分布規(guī)律;并基于計算結(jié)果，對傳統(tǒng)荷載—結(jié)構(gòu)設計模式在煤層采空區(qū)地層的適用性做了定性分析。
　　3、基于二維平面應變原理和室內(nèi)相似模型試驗理論，選取幾何相似比CL=20和容重相似比C(r)=1為基礎(chǔ)相似比，選取相似材料并完成了薄煤層采空區(qū)地層和公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)的相似模擬，獲得了薄煤層采空區(qū)地層隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)變形特性、內(nèi)力特征和后期變形破壞特性，為煤層采空區(qū)地層公路