深部矩形巷道不同结构岩体承载特性研究

摘要

岩体稳定问题关系到所有岩石工程施工、运行的安全和效益，包括矿山巷道、交通运输、水利水电等重要基础工业内容。深部巷道岩体的变形和破坏，不但与强度有关，而且涉及到结构失稳。在工程地质范畴，较早就有岩石结构的说法，岩石结构的分类说明了不同岩石结构的力学响应是不同的。以工程岩体的结构性考虑巷道工程稳定，涉及对岩石工程稳定问题认识的基本观念和处理方法，特别对于深部巷道岩石工程更是如此，因此从强度和结构两方面研究深部巷道不同结构岩体的承载特性具有重要意义。 本文以国投新集阜阳矿业有限公司埋深为 742m~877m的口孜东矿西翼轨道大巷为工程背景，以物理模型试验和数值计算分析为研究手段，研究了深部巷道完整围岩、层状围岩和块状围岩在相同支护条件下，围岩的变形破坏模式以及承载特性。 (1) 考虑深部巷道围岩峰后变形特点，通过 12 种配比约 100 个试样的力学测试，研制了以河砂为骨料，水泥和石膏为胶结材料的模拟口孜东矿深部巷道围岩变形破裂过程的相似材料。根据现场地质和工程等条件，设计并开展了深部巷道“完整岩体、层状岩体和块状岩体”三类不同结构岩体锚固支护物理模型试验。 (2) 采用课题组自主研制的PhotoInfor V7.2 数字照相量测分析系统，获得了完整、层状和块状结构岩体在支护条件下的围岩变形破裂演化全过程及应力/弱面诱导劣化破坏模式；分析了不同岩体结构围岩内部径向应力和切向应力演化规律，获得了不同结构岩体对巷道开挖卸荷围岩主承载区分布模式的影响规律，揭示了不同结构围岩压力拱形成机制。 (3) 通过 UDEC 数值模拟软件建立了深部巷道不同结构岩体离散元模型，研究了层状岩体层厚和块状岩体倾角对围岩压力拱空间分布特征影响规律，获得了围岩稳定最不利倾角分布区间，提出了深部巷道围岩锚固成拱判据，揭示了层状岩体层厚和块状岩体倾角对深部巷道围岩锚固压力拱发育演化影响机理。

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