西部富水软弱围岩大断面马头门围岩失稳机理研究

摘要

随着我国经济的快速增长，对能源的需求量也日益增加，尤其是以煤炭为主的能源消耗量巨大。浅部煤炭资源渐趋枯竭，在今后的时间里，对深部煤炭资源的开采已成为一种发展趋势。
　　由于煤矿开采深度大，围岩应力大、地温高，围岩表现出明显的大蠕变、非线性变形特征。岩体的蠕变特性是指工程岩体在受到施工扰动时，岩体变形需要经过一段较长的时间才会达到相对稳定的状态。但这种相对稳定的状态也会由于下一次的施工扰动打破而再经历一段时间再次重新进入稳定，在这个过程中，围岩应力也会出现重分布的现象。同时，大量的工程实践表明，地下水对地下工程的稳定性有重大的负面影响，由于地下水的作用导致的工程事故也常有发生。由于岩体是一种可变形的多孔介质材料，围岩在受到扰动后的应力重分布过程中，围岩会发生变形，而围岩的变形就会直接影响到岩体的孔隙构造，从而导致岩体内部孔隙发生改变，地下水的渗流路径发生变化，流体渗流场受到影响。同时，流体渗流场的改变也会反过来对岩体的应力场产生影响。
　　本文以塔然高勒副井马头门为工程背景，通过数值计算，分析了围岩失稳机理，并具体分析了岩体埋深、岩体孔隙率、侧压力系数和岩体孔隙水压力对围岩稳定性的影响，结果表明:在流固耦合作用下，岩体的埋深和孔隙水压力对围岩的稳定性影响较大，在工程中应予以重点考虑。同时，本文还针对塔然高勒副井马头门围岩稳定性及马头门的支护设计进行了数值计算，并对现场监测数据进行分析，结果表明，设计支护方案能满足围岩稳定性的要求，结构安全可靠。
　　本文最后针对围岩的蠕变特性，结合围岩的蠕变曲线，对硐室二次衬砌的施作时机进行了优化，结果表明，在围岩等速蠕变阶段施加二次衬砌能最好的控制巷道围岩的变形，同时有利于结构的安全。相关结论可为以后的工程实例提供一定的参考价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 选题背景及研究意义

1．3 国内外研究现状与进展

1．3．1 岩体蠕变特性研究现状

1．3．2 流固耦合研究现状

1．4 研究内容、方法与技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 方法与技术线路

2 富水软弱围岩流固耦合作用机理与蠕变特性

2．1 富水软弱围岩的物理力学行为

2．2 岩体流固耦合作用机理

2．2．1 岩体流固耦合作用的基本假设

2．2．2 岩体流固耦合作用相关方程

2．3 岩体蠕变特性及蠕变模型

2．3．1 岩体蠕变特性

2．3．2 岩体蠕变模型

2．3．3 Burgers蠕变模型

2．3．4 改进的Burgers蠕变模型

2．4 本章小结

3 基于流固耦合效应的富水软弱围岩失稳机理

3．1 富水软弱围岩失稳影响因素分析

3．2 富水软弱围岩稳定性影响分析

3．2．1 数值计算原理及模型网格

3．2．2 埋深对围岩稳定性影响分析

3．2．3 岩体孔隙率对围岩稳定性影响分析

3．2．4 侧压力系数对围岩稳定性影响分析

3．2．5 孔隙水压力对围岩稳定性影响分析

3．3 流固耦合作用下的富水软弱围岩失稳机理

3．4 本章小结

4 塔然高勒副井马头门围岩稳定性分析及支护时机优化

4．1 马头门支护结构型式

4．2 塔然高勒副井马头门稳定性分析

4．2．1 数值计算模型

4．2．2 数值计算参数

4．2．3 数值计算结果分析

4．3 塔然高勒副井马头门信息化监测

4．3．1 信息化监测方案

4．3．2 信息化监测结果

4．4 塔然高勒副井马头门二次衬砌合理施作时机优化

4．5 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 建议与展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果