软岩巷道围岩扩容—塑性软化变形及有限元分析

摘要

煤炭一直占我国能源的70％以上，在国民经济建设中占有举足轻重的地位。随着煤炭开采越来越向深部发展，矿井软岩巷道的支护与维护问题显得越来越突出。能否解决好软岩巷道的支护等问题，是煤炭开采向纵深发展和安全生产的关键，迫切需要深入的研究和探索。软岩巷道的变形和位移，对于整个结构的稳定性具有重要的影响。能否准确地计算和模拟围岩的变形行为，对于我们选择巷道的支护时间和支护方案，具有极其重要的意义。 本文系统的论述了软岩的特征及其力学属性、围岩变形的影响因素以及软岩巷道的变形破坏特征。岩体破坏过程中的扩容软化性，对巷道的位移的影响性非常大，本文研究了岩体在加载和卸载状态下的扩容特性，分析应力状态与岩石的扩容性关系以及岩石应力扩容膨胀的产生机理。 本文主要从软岩巷道变形破坏机制出发，分析了软岩巷道支护与围岩相互作用机理。在考虑岩体的扩容性、塑性软化特性条件下，引进扩容梯度、软化模量的概念，运用弹塑性理论、岩石力学等理论，得出均匀介质中圆形软岩巷道的新的应力及变形的解析解，以及围岩塑性区、破裂区半径的解析解；并通过实例计算来分析了岩体的扩容梯度、软化模量对围岩塑性区、破裂区半径以及围岩变形和压力的影响，并与其它理论模型进行比较，确定本文建立的理论模型的正确性。 本文计算模型应用于石嘴山二矿软岩巷道支护项目，通过理论计算、有限元ANSYS数值模拟以及现场监测数据分析，进一步确定本文模型的可行性和实用性。 本文的研究与实践，使软岩支护中的工程类比法上升到定量分析，为软岩巷道围岩及支护压力和变形计算探索了新的途径。它必将在软岩巷道的支护中起着主要的参考作用。

目录

文摘

英文文摘

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1绪论

2软岩基本概念及软岩巷道围岩变形的主要特征

3岩石在加载和卸载状态下的扩容特性

4软岩巷道围岩扩容-塑性软化变形分析

5围岩扩容-塑性软化模型的应用

6结论

致 谢

参考文献

附录攻读硕士期间发表的论文及参与科研项目