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基于岩体断裂力学的巷道稳定性与锚喷支护机理研究岩体工程的稳定性是岩体工程中最重要的问题之一,它影响岩体工程的施工进度与掘支成本并且危及施工人员人身安全。
但由于岩体的复杂性以及岩体力学理论远远滞后于工程实践,岩体的稳定性一直是没能很好解决的问题。
随着我国岩体工程建设的力度加大,岩体力学理论已经远远满足不了岩体工程的需要。
岩体是由岩块与不连续面组成的结构体,其破坏往往是不连续面扩展与复合的结果,不连续面在岩体中的分布方式及其本身的形态与力学性能是千差万别的,因此,研究不连续面对岩体力学性能的影响,是目前岩体力学研究的热点与难点。
锚喷支护是目前在地下岩体工程中使用最为广泛的支护方式之一,但其对岩体力学性能加强的作用机理却不很明确,需要进行进一步的研究。
岩体断裂力学研究岩体不连续面的扩展规律,从而可以从更深入地了解岩体的破坏过程。
本文采用了岩体断裂力学的观点,对巷道围岩的破坏方式进行了解释与分析,并对锚喷支护机理进行研究。
本文主要完成了以下几方面的工作:(1)结合巷道围岩的受力特点,系统地分析了岩体中不连续面的扩展与复合方式,分析了岩体中的破坏优势不连续面方位,以及受压剪、拉剪作用下岩体不连续面的扩展方式与复合特点。
(2)以圆形断面巷道为例,分析了围岩中微不连续面与临空不连续面的受力特点及其开裂方式。
从断裂力学的基本理论出发,推导了圆形断面巷道围岩的破坏区大小与深度的理论公式。
结果认为,围岩破坏区的大小受巷道断面、地应力、岩石的断裂韧度、不连续面密度、长度与抗剪性能等因素的影响。
(3)采用理论分析与数值方法,研究了喷射混凝土支护对围岩不连续面扩展的抑制作用,并进一步应用板裂纹的理论研究了混凝土支护层的破坏方式与处理方法。
研究结果认为,混凝土支护对围岩内部不连续面扩展的影响较小,但对临空不连续面扩展的影响却较大。
因此,锚喷支护中,混凝土的作用主要是抑制临空不连续面的破坏。
混凝土厚度的变化对抑制不连续面的扩展影响较小,但其厚度越大,混凝土所能提供的抵抗围岩膨胀的能力也越大,混凝土层的破坏范围一般受到锚杆的影响,锚杆的间距越小,混凝土层的破坏范围也会越小。
文章编号：１００３－５９２３（２００４）０１－０００７－０３断层预掘巷锚（索）网支护参数的数值模拟韦良文，张东升（中国矿业大学，江苏徐州２２１００８）摘 要：为实现复杂地质条件下工作面无矸石快速过断层，针对翟镇煤矿３２０６Ｅ工作面，提出了工作面预掘巷道的支护方案；并通过计算机数值模拟及优化，分析了工作面预掘巷道受采动影响的作用，确定出预掘巷道合理的支护参数。
该支护方案经现场验证支护效果良好。
该项技术的成功实施，展示了其良好的发展前景以及在同类型工作面中推广应用的可行性。
关键词：数值模拟；断层预掘巷；采动影响中图分类号：ＴＤ３５３．６ 文献标识码：Ａ1 引言针对翟镇煤矿断层多和复合顶板难控制等特点，实现清洁开采重点难点之一是工作面推过不同产状断层时尽量减少矸石。
为实现工作面无矸石快速过断层，预先在断层内掘一条巷道，避免工作面搬家，其工艺过程如图１所示。
由于断层预掘巷受到工作面移动支承压力的影响，且工作面断层面附近岩体较为软弱破碎，因此进行工作面断层中预掘巷道锚（索）梁网支护的数值模拟分析和优化分析就十分必要。
图１ 断层中预掘巷布置示意图2 工作面地质概况３２０６Ｅ面位于翟镇煤矿三采辅助轨巷以东，北临风井保护煤柱；南为３２０７面，尚未准备；东为六采区，尚未开拓，标高为－２４３．７～－２８２．１ｍ。
煤厚２．０～２．１５ｍ，平均２．１ｍ，煤层倾角１～１１°，平均８°；直接顶为粉砂岩，平均厚３ｍ，属２类顶板；基本顶为中细砂岩，平均厚２０ｍ，属Ⅱ级顶板；直接底为泥岩，平均厚０．５ｍ，老底为中细砂岩，平均厚１２ｍ。
工作面走向长７２３．４ｍ，倾斜长１４８～１５２ｍ，平均１５０ｍ；该面准备时，揭露１．０ｍ以上的断层共１７条，对工作面生产的影响较大。
3 支护优化的数值模拟分析本文采用的数值模型软件为Ｉｔａｓｃａ公司在１９９６年推出的最新的ＵＤＥＣ３．０（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＤｉｓｔｉｎｃｔＥｌｅｍｅｎｔＣｏｄｅ）版本。
全长粘结锚杆数值模拟及在岩坡支护的应用摘要：利用大型通用有限元软件ABAQUS对全长粘结锚杆在上拔力作用下的锚固效应进行模拟，利用SPRING弹簧单元模拟锚杆、砂浆及岩体之间的接触关系。
结果显示，锚杆应力分布曲线与理论结果吻合良好，证明SPRING单元能较为准确的反映全长粘结锚杆的锚固效应。
将该种锚杆应用于岩质边坡加固工程，利用强度折减法计算加固后边坡的稳定安全系数，锚固前后，安全系数从1.3增加至1.7，锚固效果明显。
关键词：全长粘结锚杆；弹簧单元；岩石边坡；有限元强度折减法1引言目前锚杆锚固技术的应用已越来越广泛，成为在岩土工程中的一门重要技术。
自20世纪70年代以来，众多学者通过现场监测、室内试验和数值模拟等手段对锚杆的锚固效应进行研究[1-4]，并得出了很多重要成果。
其中尤春安[5]利用Mindlin问题的位移解导出全长粘结式锚杆受力的弹性解，并讨论了这种锚杆的受力特征及其影响因数，促进了锚杆的理论研究。
随着计算机技术的飞速发展，数值模拟方法研究锚杆的锚固效应显现出强大的优势。
战玉宝等[6]采用数值模拟方法，利用实体单元模拟锚杆，分析了全长粘结锚杆在荷载作用下锚杆的剪应力分布规律。
本论文采用大型通用有限元软件ABAQUS模拟研究了锚杆在拉拔力作用下的的受力状态，采用采用SPRING单元模拟锚杆、砂浆与岩体之间的轴向和切向接触关系，得出了拉拔试验的锚杆应力分布曲线和端部的荷载位移曲线，模拟结果与实际吻合良好。
进而将该成果应用与岩质边坡的加固工程实例[4]，锚固效应明显。
2锚杆拉拔模型参数试件模型采用边长1000mm的立方体，在立方体中心设置锚杆。
锚杆和砂浆直径分别为24mm和30mm，锚固深度为500mm。
将锚杆和砂浆作为锚固体采用锚杆单元模拟，岩体采用空间八节点六面体单元，采用SPRING单元模拟锚固体与岩体之间的剪切变形，图 1 为模型的剖面及锚杆节点处弹簧滑块系统示意图。
将锚固体的每个结点分别在三个坐标方向上与岩体结点设置弹簧单元，其中沿着锚杆纵向的弹簧刚度为Ks，模拟全长砂浆锚杆与周围岩体的剪切特性，其余两方向弹簧刚度设为Kn，模拟接触面间的法向硬接触。
围岩劈裂时效力学模型及数值模拟研究开题报告一、选题背景在工程领域中，岩石的围岩劈裂是一种常见的现象，在采矿、地质、水利等领域都有广泛应用。
岩石的劈裂现象与地质构造、风化作用、地震活动等因素密切相关，对地下工程的设计和安全评估具有重要的意义。
针对围岩劈裂问题，早期主要着重于研究其力学机制和基本规律。
然而，针对不同的实际应用场景，需要建立相应的围岩劈裂时效力学模型，以支持工程设计和安全评估。
二、主要研究内容本课题旨在研究围岩劈裂时效力学模型，包括力学机制及其基本规律，数学模型建立及求解方法等。
其中，主要的研究内容包括：1. 围岩劈裂的力学机制及规律分析：分析围岩劈裂的基本力学原理、岩石物理性质等因素对围岩劈裂的影响，并通过实验方法验证研究结果。
2. 围岩劈裂的时效力学模型建立：结合实际应用场景，建立围岩劈裂的数学模型，并研究其时间效应规律，以预测岩石劈裂的变化趋势。
3. 数值模拟及优化方法：采用数值模拟方法，验证围岩劈裂时效力学模型的有效性，并对模型进行优化，使其更加符合实际工程应用需求。
三、预期成果本课题的预期成果包括：1. 能够深入探讨围岩劈裂的力学机制及规律，系统总结影响围岩劈裂的关键因素，为后续应用提供理论依据。
2. 建立符合不同工程应用场景需求的围岩劈裂时效力学模型，为工程设计和安全评估提供参考。
3. 通过数值模拟验证围岩劈裂时效力学模型的有效性，并对模型进行优化，使其更加适用于实际工程应用。
四、研究难点本项目的研究难点主要包括：1. 围岩劈裂的力学机制及规律较为复杂，需要综合考虑多种因素的影响，如地质构造、岩石物理性质等。
2. 围岩劈裂的时效性较强，需要建立相应的时效力学模型，以预测其变化趋势。
3. 围岩劈裂的数值模拟需要综合考虑多种因素的影响，如岩石初始状态、加载方式等。
五、研究方法本研究采用的主要方法包括实验法、理论分析与数值模拟。
其中，实验法用于验证围岩劈裂的力学机制，理论分析用于建立围岩劈裂的时效力学模型，数值模拟用于验证模型的有效性，并进行优化。
浅谈隧道喷锚支护的物理力学性能及检测摘要：喷砼和锚杆的质量与施工关系很大。
锚喷支护的物理力学性能及支护检测有其自身的特点，本文较详细地介绍了喷锚支护的物理力学性能和检测方法及具体规范中技术标准对检测的要求。
主题词：公路隧道喷锚支护物理性能检测1 绪论喷射支护是将喷射砼与锚杆作为加强和利用围岩自身支承能力的手段，喷射砼支护结构通过及时封闭岩层表面的裂隙、节理。
填平或缓和表面的凹凸不平，使洞内轮廓较为平顺，从而提高节理、裂隙间的粘结力、摩阻力和抗剪强度，减少应力集中现象。
防止岩层表面风化、剥落、松动、掉快和坍塌的产生，使围岩稳定下来。
发挥围岩的自身承载能力。
喷砼和锚杆的质量与施工关系很大。
锚喷支护的物理力学性能及支护检测有其自身的特点。
2 喷锚支护的物理力学性能2、1抗压强度和抗拉强度喷砼的标号，按切割方法制作，用标准方法养护的边长为15cm 的立方试块，在28d龄期，用标准的试验方法所得的抗压极限强度（以mpa计）。
由于喷射砼是在较高的速度，较大的压力下喷射成型的，成型中骨料和水泥颗粒都受到连续的冲击和压密，使喷射砼具有足够的强度。
与密度略低于普通砼密度一样，在相同水泥用量条件下，喷射砼略低于普通砼的强度，，其抗压、抗拉强度情况如表1----1。
试验表明，喷射砼能在10d内终凝，一般两个小时就具有强度，4d为28d 强度的70%左右，28d 抗压强度可达25---30mpa，抗拉强度可达2---2.5mpa。
一般设计中，可采用喷射砼标号为20号，抗压强度为20mpa。
抗拉强度1---1、3mpa。
2。
2喷射砼的抗剪强度，设计时可采用抗拉强度的10---20%，即2----4mpa。
试验可用“拉拔法”。
即施喷前预埋紧贴岩面的钢板，（尺寸为厚度的20mm,150mm见方）中心垂直焊有一根直径为28 d 的钢筋，）28d后用千斤顶拉拔至破坏。
根据破裂面断面面积和加力的吨位，计算出抗剪强度。
2、3粘结力2.3.1、与围岩的粘结力砼喷射过程中，水泥浆紧密粘结在围岩表面上，并渗入节理裂隙，同时骨料嵌入灰浆层内。
节理裂隙岩体隧道爆破仿真分析
自然界的岩体中存在着节理、裂隙、断层、泥化夹层等软弱面,这些软弱面对隧道工程钻爆法开挖效果有着很重要的影响,因此研究节理裂隙岩体中隧道在爆炸载荷作用下的动力响应机制,对于合理采用凿岩爆破参数、提高爆炸能量利用率、改善爆破效果等均有其实际意义和理论指导作用。
本文在综合分析和研究已有节理岩体爆破理论、试验研究现状及爆破模型发展动态的基础上,以工程项目实体为基础,开展数值模拟研究。
选取隧道内RK343+665、RK343+667、
RK343+669、RK343+698、RK343+719、RK343+735六个典型断面作为实体,建立节理裂隙岩体隧道爆破模型,重现隧道光面爆破开挖过程。
将实际断面模型与完整岩体爆破模型进行对比,分析工程中存在的节理对隧道爆破成型效果的影响,从中分析引起隧道产生超欠挖的原因,继而提出软弱带内部不宜放置炸药的建议,并从能量的角度进行阐述和论证。
考虑到节理的物理力学特征,即节理产状、节理宽度、节理间距对隧道成型效果的影响,采用优化拉丁方方法进行DOE试验设计,基于Isight平台做了43组模拟实验,得到了这些影响因素对超挖的影响规律。
岩体中的节理是自然形成的,想获得较好的隧道爆破效果主要的方法是调整炸药参数及装药结构。
因此本文以减少超欠挖量、提高炸药能量利用率为目标进行了不同炮孔间距、装药密集系数情况下节理岩体的爆破优化分析。
