矩形巷道圍巖受力與變形破壞特性試驗(yàn)研究.pdf

1、巷道圍巖變形破壞是煤礦開采等地下工程中一種煤巖體動(dòng)力現(xiàn)象。隨著煤礦開采深度的不斷增加，圍巖變形破壞發(fā)生頻度和危害性愈發(fā)顯現(xiàn)和日趨嚴(yán)重，對其變形與受力破壞特性及支護(hù)技術(shù)的研究，已成為我國礦山建設(shè)工程重大技術(shù)課題。本論文運(yùn)用理論分析、模擬試驗(yàn)等方法，對煤礦矩形巷道圍巖受力及變形破壞特性進(jìn)行研究，揭示其變形破壞規(guī)律，為巷道支護(hù)提供理論依據(jù)。主要工作和結(jié)論有：
　?。?）巷道開挖后會(huì)引起初始地應(yīng)力場的重新分布，原有的三向平衡受壓狀態(tài)被打破

2、，在巷道周邊形成次生應(yīng)力場。次生應(yīng)力場的大小與原巖應(yīng)力有關(guān)，其集中應(yīng)力一般為原巖應(yīng)力的2-3倍，沿圍巖自由面向內(nèi)遞減至原巖應(yīng)力；次生應(yīng)力場使圍巖處于不均衡的二向受力擠壓狀態(tài)，巖體將向洞室方向松脹破壞，其變形破壞規(guī)律與地應(yīng)力、地質(zhì)構(gòu)造、圍巖巖性、巷道結(jié)構(gòu)等主要因素密切相關(guān)。
　?。?）巷道變形失穩(wěn)的發(fā)生主要是地應(yīng)力、形變壓力和松動(dòng)壓力與支護(hù)結(jié)構(gòu)對圍巖相互作用的結(jié)果，矩形斷面由于結(jié)構(gòu)形式不同其受力變形破壞規(guī)律具有明顯特征。巷道頂板主要

3、受垂直應(yīng)力及水平應(yīng)力的擠壓，頂板巖層將彎曲下沉、垮落形成一定范圍的冒落拱；對巷道兩幫圍巖，距離幫部不同位置處圍巖的受力特性不同，在頂?shù)装鍘r層的夾持作用下，巷道兩幫頂角部位容易產(chǎn)生應(yīng)力集中并承受偏心壓力作用，使幫部圍巖多因受壓后縱向裂隙的擴(kuò)展貫通而失穩(wěn)破壞。巷道頂板和兩幫圍巖的巖性及初始地應(yīng)力大小對巷道圍巖受力破壞特性有很大影響。
　　（3）模擬試驗(yàn)研究從巷道圍巖簡化單元體入手，模擬不同強(qiáng)度的巖石試樣，進(jìn)行了不同受壓狀態(tài)、不同約束條

4、件下單元體的受力、變形及破壞規(guī)律的研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：偏心加載時(shí)，試樣的承載能力將明顯下降，且隨偏心距的加大而顯著降低，其破裂面從受壓面一側(cè)開始發(fā)展并最先破壞朝外突出，隨加載持續(xù)，破壞將向內(nèi)側(cè)延伸擴(kuò)展。在側(cè)限約束條件下，試樣抗壓強(qiáng)度會(huì)有所提高，其自由面一側(cè)的破壞主要表現(xiàn)為裂隙沿鉛垂方向擴(kuò)展，形成了一定的層狀破壞形態(tài)，試驗(yàn)在一定程度上再現(xiàn)并揭示了圍巖片幫及其變形破壞的形成和發(fā)生過程。
　?。?）運(yùn)用相似理論建立了巷道圍巖幾何相似、強(qiáng)