碎裂岩体中地下结构工程失稳及控制研究

摘要

随着我国地下空间开发和利用的快速发展，各种地下工程项目日益增多。在地下工程开挖过程中，围岩发生变形，产生一系列裂隙或者裂缝，并在一定条件下，导致地下工程失稳破坏。因此，对地下结构围岩进行稳定性分析具有十分重要的工程实际意义。 由于地质条件以及地下工程本身的复杂性，利用理论解析的方法进行工程稳定的分析和计算已经受到了限制。近年来，数值分析方法的不断发展以及计算机技术的突飞猛进，数值方法已成为地下工程围岩稳定性分析的有力工具。 本文以某矿区地下工程为研究对象，针对碎裂岩体条件下的地下结构工程围岩稳定性问题展开了一系列的研究。首先，分析了碎裂环境下地下结构工程围岩稳定的实质及特点，并对围岩的破坏机理和稳定性判据进行了全面阐述；然后，以矿区工程地质条件为基础，采用3DEC软件建立了碎裂状岩体条件下地下工程结构的离散元数值模型，分析了围岩的应力状态、塑性区分布以及变形特征；最后，提出碎裂岩体条件下的地下结构工程锚杆支护方案，建立了四种锚杆支护数值计算模型，对比分析，选择了最合理的围岩支护方案，确保了地下结构的稳定。 论文通过对围岩失稳及其控制技术研究，运用多种手段、方法相结合，理论研究和数值模拟技术的综合分析，选择了合理的支护方案，改善了围岩应力分布状态，增强了地下结构的稳定性，达到了围岩支护的目的。本文所得的结论为碎裂岩体中地下工程开挖提供了理论基础，为地下工程掘进及初期支护施工提供理论了参考依据，对预防事故的发生起到了关键作用，具有重要的理论与现实意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2国内外研究现状

1.2.1稳定性研究综述

1.2.2围岩稳定性分级

1.3地下工程稳定性研究方法

1.3.1围岩稳定分析的基本步骤

1.3.2围岩失稳的研究方法

1.4课题来源与主要研究内容

1.4.1课题来源

1.4.2本文主要研究内容

第二章工程地质条件

2.1研究区位置和自然地理条件

2.2研究区地质特征

2.2.1地层状况

2.2.2地质构造

2.2.3岩浆岩

2.3水文地质条件

2.4岩体结构调查

2.4.1整体结构岩体

2.4.2块状结构岩体

2.4.3碎裂结构岩体

2.5地下水与岩溶状况

2.5.1地下水状况

2.5.2岩溶状况

2.5.3积水状况

2.6本章小结

第三章地下工程围岩破坏机理研究

3.1引言

3.2地下工程围岩的破坏机理

3.3影响地下工程结构围岩稳定性的主要因素

3.3.1地质环境方面的自然因素

3.3.2工程活动造成的人为因素

3.4地下工程失稳判据分析

3.4.1失稳判据

3.4.2失稳判据的综合应用

3.5研究区岩石质量的RMR法评价

3.6本章小结

第四章地下工程围岩稳定性数值模拟与分析

4.1引言

4.2离散单元法理论

4.2.1离散元的基本思想及原理

4.2.2离散元法的基本方程

4.2.3动态松弛法与计算循环

4.2.4离散元软件3DEC介绍

4.3数值模型的构建

4.3.1岩石强度破坏准则的选用

4.3.2参数的确定

4.3.3建立计算模型

4.4本章小结

第五章地下工程失稳控制技术研究

5.1引言

5.2锚杆的支护方式

5.3锚杆支护机理

5.4锚杆支护数值模拟分析

5.4.1锚杆支护方案一

5.4.2锚杆支护方案二

5.4.3锚杆支护方案三

5.4.4锚杆支护方案四

5.4.5模拟方案的比较及分析

5.5锚杆变形监测

5.6本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要研究成果