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围岩极限平衡区及支承压力分布
一、地下工程体围岩内的原岩应力重新分布 一、地下工程体围岩内的原岩应力重新分布 一、地下工程体围岩内的原岩应力重新分布 一、地下工程体围岩内的原岩应力重新分布 一、地下工程体围岩内的原岩应力重新分布 一、地下工程体围岩内的原岩应力重新分布 二、围岩极限平衡区及支承压力分布 二、围岩极限平衡区及支承压力分布 二、围岩极限平衡区及支承压力分布 二、围岩极限平衡区及支承压力分布 二、围岩极限平衡区及支承压力分布 二、围岩极限平衡区及支承压力分布 二、围岩极限平衡区及支承压力分布 二、围岩极限平衡区及支承压力分布 二、围岩极限平衡区及支承压力分布 二、围岩极限平衡区及支承压力分布 二、围岩极限平衡区及支承压力分布 * * 2、多个工程体并存时围岩内的应力重新分布 1)断面相同的两相邻圆形断面工程体 以双向等压应力场圆形断面工程体为例,若两个工程体之间的距离大于 2R0,则这两个工程体之间不会产生相互影响,即工程体周围的应力分布也将和单一工程体的情况相同,在这种情况下,即使存在多个工程体,它们之间也不产生影响。反之,若两工程体之间的间距小于2R0则这两个工程体将产生相互影响。 等径相邻工程体 当D=B时的切向应力分布图 2)大小不等的相邻两工程体圆形断面孔的应力分布 对于断面大小不同的两个圆形断面工程体,其各自的影响范围也遵循上述规律,即 其影响间距为各自影响区域之和。 不等径相邻两孔的切向应力分布图 3)在同一水平上多工程体断面孔的相互影响 λ=0条件下,同一水平多孔的相互影响 。由图可以看出,孔周边的应力集中系数随D/B的增大而增大(D为孔径,B为孔周边的间距)。另一方面又受同一水平上工程体数目的影响,孔的数目越多,断面孔周边的应力集中系数也越大。 多工程体断面孔对应力集中系数的影响 3、回采空间周围应力重新分布 两相邻回采空间周围的应力分布示意图 两相邻回采空间周边应力分布计算实例 开采深度为1000m,原岩铅直应力为25Mpa,由图可以看出,中部拐角处的应力值高达170Mpa, ① 孔周围形成了切向应力集中现象,最大切向应力发生在孔的周边。对圆形和椭圆形孔,最大切向应力发生在孔的两帮中点和顶底的中部;对矩形孔则最大切向应力发生在四角位置处。 3)在同一水平上多工程体断面孔的相互影响 应力重新分布特点 ② 应力集中系数的大小,对单一孔来说,圆形孔仅与侧向压力系数有关,其值为2~3;对于椭圆形孔来说则不仅与有关,而且还与轴长比有关,一般当a/b=2, λ=0~1时,k=4~5;对于多工程体来说,k值升高是由于单孔应力分布迭加作用的结果,其值视孔的大小和间距以及原岩应力场的侧压系数 λ而定。 ③ 无论何种形状的孔,它周围的切向应力重新分布从理论上说影响是无限的,但从影响的剧烈程度来看,都有一定的影响半径,通常取超过原岩垂直应力的5%为边界线。 应力重新分布特点 ④ 孔的影响范围与孔的断面大小有关。 在工程体形成后,其周围岩体内的应力重新分布,一般将工程体两侧经应力重新分布以后,其切向应力增高的部分称为支承压力,支承压力是矿山压力的重要组成部分。随着应力重新分布的形成,在距离工程体的不同深度位置处,岩体所处的力学状态也不一样,由近及远依次分为破裂区、塑性区、弹塑性区、弹性区(原岩应力区),围岩体的性质不同,其各区域的范围也不一样。 一般工程体两侧的应力集中系数为2~3,对于a=2b的椭圆形工程体断面孔,则可能达到4~5,甚至更大。这样在工程体两侧周边的围岩上就将承受2~3倍或4~5倍原岩应力的垂直应力。由于处于周边的岩块侧向应力为零,因而为单向压缩状态,随着向深部发展,岩块将逐渐变为三向应力状态。 根据卡斯特纳方程,可以得到极限平衡区内岩体的应力状态方程: 1、巷道周围的支承压力分布 式中,σr、σt-分别为极限平衡区内的径向应力和切向应力; C、ψ-分别为岩体的内聚力和内摩擦角; r、r0-分别为极限平衡区内研究点的半径和工程体的半径。 根据上面两式,可以绘出工程体两侧的切向应力分布图,以及工程体水平轴上周围各岩块单元体所处的应力状态,如图所示。 假设λ=1即工程体所处的原岩应力场为静水应力场,则在半径为R即极限平衡区的边界位置处,应符合 则 工程体两侧的支承压力分布 由此可得到极限平衡区的范围为 煤体开采以后,已采空地区上方岩层重量将向采空区周围新的支承点转移,从而在采空区四周形成支承压力带。工作面前方形成的超前支承压力,由于它随工作面推进而不断向前移动,故又称移动支承压力或临时支承压力。工作面沿倾斜和仰斜方向上下两侧及开切眼一侧煤体上形成的支承压力,在工作面采过一段时间后即不再发生明显变化,故称为固定支承压力或残余支
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