水环境和非均匀地压联合作用下弱胶结软岩巷道围岩稳定性解析

作者

赵增辉杨鹏张明忠吕显州陈绍杰
单位

山东科技大学能源与矿业工程学院山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东科技大学地球科学与工程学院
摘要

针对高湿环境下弱胶结软岩巷道围岩稳定性问题,建立水环境-非均匀地压联合作用下弱胶结围岩系统力学模型,基于弹性位移势理论和叠加原理,推演水环境和非均匀应力场共同作用下围岩弹性应力公式,然后基于极限平衡法获得塑性区边界的隐函数计算方法,最后详细分析湿度场、侧压系数对围岩主偏应力和塑性区范围的影响。结果表明:高湿环境下,硐壁将不出现拉应力,但湿度会造成临空面切向应力急剧增大,若超过单轴强度极限,则会加剧围岩的破坏;湿度影响导致围岩临空面主偏应力增大,同时由临空面向围岩深处衰减速率增大,但越过湿度影响边界后,主偏应力发生突变,围岩将呈现塑-弹-塑的变形状态,巷道支护难度提高;若非均匀应力场下围岩塑性区呈蝶形分布,则高湿环境会使得蝶形尖端贯通;若围岩塑性区呈椭圆状分布,则在湿度影响边界出现新月状或环形狭长塑性区;高湿环境下,围岩塑性区内部会产生弹性核。这些都将加剧围岩的失稳。
关键词

水环境非均匀应力场弱胶结软岩应力场塑性区
基金项目(Foundation)

国家自然科学基金项目（51774196,52074169）；山东科技大学科研创新团队支持计划项目（2019TDJH101）；
文章目录

1 水环境与非均匀地压联合作用弱胶结围岩力学模型
2 弱胶结围岩应力场
2.1 水分入渗产生的膨胀应力
2.2 非均匀地压产生的围岩应力
3 主偏应力及围岩塑性区边界
4 结果分析与讨论
4.1 围岩弹性应力场演化规律
4.1.1 硐室内壁切向应力演化规律
4.1.2 围岩主偏应力场演化规律
4.2 围岩塑性区演化规律
5 结论
引用格式

赵增辉,杨鹏,张明忠,吕显州,陈绍杰.水环境和非均匀地压联合作用下弱胶结软岩巷道围岩稳定性解析[J].采矿与安全工程学报,2022,39(01):126-135.DOI:10.13545/j.cnki.jmse.2020.0580.
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