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巷道开挖面抗剪承载结构形成和蠕变规律研究

汇报人：

2024-01-21

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目录

引言

巷道开挖面抗剪承载结构形成机理

蠕变规律实验研究

数值模拟与理论分析

工程应用实例分析

结论与展望

01

引言

国内外学者在巷道开挖面稳定性方面开展了大量研究，主要集中在开挖面破坏机理、支护结构受力特性、围岩变形控制等方面。

目前，对于巷道开挖面抗剪承载结构的研究相对较少，且主要集中在数值模拟和理论分析方面，缺乏系统的现场试验和长期监测数据支撑。

未来，随着计算机技术的发展和数值模拟方法的不断完善，巷道开挖面稳定性的研究将更加精细化、定量化，同时结合现场试验和长期监测数据进行综合分析将成为研究的重要趋势。

采用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法，对巷道开挖面抗剪承载结构的形成和蠕变规律进行深入研究。

利用数值模拟方法，模拟巷道开挖过程中围岩的应力场、位移场和塑性区的演化过程，揭示抗剪承载结构的形成机理。

开展现场试验，对巷道开挖面的变形、破坏过程进行实时监测和数据采集，验证理论分析和数值模拟结果的可靠性。

通过建立巷道开挖面抗剪承载结构的力学模型，分析其在不同地质条件和支护方式下的受力特性和变形规律。

02

巷道开挖面抗剪承载结构形成机理

在巷道开挖前，岩体处于三向受压的原始应力状态。

原始应力状态

巷道开挖后，围岩应力状态发生变化，出现应力集中现象。

应力重分布

在巷道开挖面附近，由于应力重分布，形成应力拱，承载上覆岩层的压力。

应力拱效应

弹性变形阶段

开挖初期，围岩发生弹性变形，抗剪承载结构尚未形成。

塑性变形阶段

随着围岩应力的增加，岩体进入塑性状态，抗剪承载结构逐渐形成。

结构形成与稳定

当围岩应力达到一定程度时，抗剪承载结构完全形成并保持稳定。

结构形态

抗剪承载结构形态受巷道形状、尺寸、围岩性质等因素影响，可表现为拱形、梁形等。

03

蠕变规律实验研究

03

实验方法

对岩石样本进行不同应力水平下的蠕变试验，观察并记录岩石的蠕变行为。

01

实验材料

选取具有代表性的巷道开挖面岩石样本，进行详细的物理和化学性质分析。

02

实验设备

采用高精度蠕变试验机，能够实现长时间、持续稳定的加载，并记录详细的变形数据。

根据实验数据，计算岩石样本在不同应力水平下的蠕变速率。

蠕变速率计算

探讨岩石的物理性质、化学性质、应力水平、温度等因素对蠕变速率的影响。

影响因素分析

采用多元回归分析方法，建立岩石蠕变速率与影响因素之间的定量关系模型。

多元回归分析

04

数值模拟与理论分析

03

设定巷道的开挖步骤和支护方式，模拟巷道的开挖和支护过程。

01

建立巷道开挖面的三维数值模型，考虑岩体的非均质性和各向异性。

02

根据实际地质条件和岩石力学参数，设置模型的物理力学参数，如弹性模量、泊松比、内摩擦角等。

01

02

03

01

02

03

采用弹性力学、塑性力学等理论方法，计算巷道开挖面的抗剪承载力和变形。

将理论计算结果与数值模拟结果进行对比分析，验证数值模拟的准确性和可靠性。

通过对比验证，进一步完善数值模型和理论计算方法，提高研究的科学性和实用性。

05

工程应用实例分析

某市区内一交通要道

工程地点

全长2km，宽度12m的城市主干道

工程规模

以黏性土为主，局部夹有砂土和碎石，地下水位较高

地质条件

监测项目

巷道开挖面的水平位移、竖向位移、土压力、孔隙水压力等

数据处理

对监测数据进行整理、分析和解释，提取有用的信息

监测方法

采用全站仪、水准仪、土压力计、孔隙水压力计等设备进行监测

06

结论与展望

01

02

03

揭示了巷道开挖面抗剪承载结构的形成机制，阐明了其发育过程和影响因素。

建立了考虑时间效应的巷道开挖面抗剪承载结构蠕变模型，实现了对其长期稳定性的有效预测。

通过大量实验验证了所提出理论和模型的正确性和有效性，为巷道开挖面的设计和施工提供了科学依据。

创新性地提出了巷道开挖面抗剪承载结构的概念，并对其形成机制和蠕变规律进行了深入研究，丰富了岩土工程领域的理论体系。

所建立的蠕变模型考虑了多种因素的影响，具有较高的精度和适用性，为巷道开挖面的长期稳定性分析和设计提供了有力工具。

本研究成果对于指导巷道开挖面的设计和施工具有重要意义，有助于提高巷道的稳定性和安全性，减少工程事故的发生。

开展多场耦合作用下的巷道开挖面稳定性研究，揭示温度、渗流等因素对抗剪承载结构的影响机制。

加强巷道开挖面抗剪承载结构在实际工程中的应用研究，推动相关理论和技术的转化和应用。

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