【正文】 () ???????????????????????????????????????rmmerrmmmmemmrmmerEEE)1(2])1()1[(1])1()1[(122 () ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2s i n22)1( 2s i n2212c o s22)1( 2c o s4221203402034023402020340202rRrRrErRrRrEvrRrrRrErRrRrrRrEuVhmemmVhmemVhVhmemmVhVhmem () 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文 第 12 頁 圖 25 含有空洞圍巖應(yīng)力分布圖 當(dāng) r = 06R 時(shí)， ??? r 和原巖應(yīng)力相差僅 %。分別是： （ 1）解釋材料強(qiáng)度理論 —— 脆性斷裂的最大拉伸應(yīng)力，拉伸應(yīng)變理論 （ 2）塑性屈服強(qiáng)度理論 —— 最大剪應(yīng)力，有效剪應(yīng)力理論 但是，由于（巖面）材料的破壞，從微觀顆粒脫離情況而言，不外遠(yuǎn)離、錯(cuò)開兩種可能，物體破壞只有拉壞和剪壞兩種。 巖石材料破壞的形式有兩種：斷裂破壞和流動(dòng)破壞（出現(xiàn)顯著的塑性變形或流動(dòng)現(xiàn)象）。巖體是指地質(zhì)體的一部分。由于巖石材料的不確定性，所以極限應(yīng)力并不是一個(gè)定值，它通常通過試驗(yàn)求得的。巖石裂隙性的情況，通常采用裂隙頻率作為定量評價(jià)巖石被裂隙切割后破碎程度的指標(biāo)。 1節(jié)理； 2層理； 3斷層； 4斷層破碎帶 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文 第 7 頁 (a)整體結(jié)構(gòu)； (b)塊狀結(jié)構(gòu)； (c)層狀結(jié)構(gòu)； (d)薄層狀結(jié)構(gòu)； (e)鑲嵌結(jié)構(gòu)； (f)層狀破壞結(jié)構(gòu) (g)破裂結(jié)構(gòu)； (h)散粒結(jié)構(gòu) 圖 21 為巖體的結(jié)構(gòu)型式 表 21 巖體結(jié)構(gòu)的基本類型 巖體結(jié)構(gòu)類別 地質(zhì)背景 結(jié)構(gòu)面特征 結(jié)構(gòu)體特征 整體塊狀結(jié)構(gòu) 整體結(jié)構(gòu) 巖性單一、構(gòu)造變形輕微的巨厚層沉積巖、變質(zhì)巖和火山溶巖、火成侵入巖 結(jié)構(gòu)面少，一般不超過三組，延續(xù)性極差，多呈閉合狀態(tài)，無填充或含少量碎屑 巨型塊狀 塊狀結(jié)構(gòu) 巖性較單一，受輕微構(gòu)造作用的厚層沉積巖和變質(zhì)巖、火成巖侵入體 結(jié)構(gòu)面一般 23 組，裂隙 延續(xù)性極差，多呈閉合狀態(tài)。在巖石力學(xué)中常用到“巖塊”、“巖體”、“巖石”等術(shù)語，一般地被結(jié)構(gòu)面切割成的巖石塊體或從地殼巖層中切取出來的無顯著軟弱面的巖石塊體稱為巖塊，而把自然埋藏條件下的大范圍分布的由巖塊和各種結(jié)構(gòu)面（軟弱面）網(wǎng)絡(luò)組成的地質(zhì)體稱為巖體。 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文 第 5 頁 （ 2）針對裂隙對圍巖穩(wěn)定性的 影響程度問題，建立在直墻拱形巷道周邊有單一裂隙圍巖的平面應(yīng)變數(shù)值模型，分析不同位置、不同方位的裂隙對巷道圍巖穩(wěn)定性的影響規(guī)律，對裂隙的危害程度作出評價(jià)。如：將解析法與數(shù)值方法相結(jié)合的半解析元法被應(yīng)用于模擬雙孔平行隧道施工過程 [21]；模糊數(shù)學(xué)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法也已被應(yīng)用于圍巖的穩(wěn)定性分類中 [22]。 。根據(jù)節(jié)理巖體的特性 ,按 彈簧塊體理論模擬節(jié)理巖體中大型地下硐室開挖與錨桿支護(hù)的變形特征 [16]。 邊界元法。該法特別適用于具有地質(zhì)結(jié)構(gòu)面巖體的穩(wěn)定分析，與有限單 元法相比，可減少未知量個(gè)數(shù)，提高計(jì)算精度和速度。 DDA 模型建立了一套完整的塊體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)理論，較 好地模擬具有非連續(xù)面的巖體的運(yùn)動(dòng)與變形特性 [12]。 (2)數(shù)值分析方法 在圍巖穩(wěn)定性分析中 ,解析法適用于那些邊界條件較為簡單及介質(zhì)特性簡單的情況。但是此方法有局限性，只多用于圓形隧道的求解。 這些問題仍然來自于地下工程圍巖穩(wěn)定分析中影響因素的繁多及其復(fù)雜性?，F(xiàn)分析如下： 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文 第 3 頁 （ 1）數(shù)值分析模型缺少理論基礎(chǔ)；（ 2）位移反分析力學(xué)模型的假設(shè)缺少理論支持； （ 3）模型試驗(yàn)尚難以實(shí)現(xiàn)時(shí)空模擬；（ 4）圍巖失穩(wěn)的判斷難以確定；（ 5）圍巖承載特征曲線的測量難以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，計(jì)算技術(shù)與數(shù)學(xué)方法為我們提供了廣闊的應(yīng)用空間，其成熟程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地下工程基礎(chǔ)理論的成熟程度，這就啟示著我們研究工作的重點(diǎn)，這也是我們不可回避的事實(shí)。 (3)圍巖穩(wěn)定性分析存在問題 隨著計(jì)算機(jī)與巖土研究中的緊密結(jié)合，圍巖穩(wěn)定性數(shù)值計(jì)算法有了新的發(fā)展。 在巖體結(jié)構(gòu)面的定量化統(tǒng)計(jì)研究方面，國內(nèi)研究人員做了很多的工作，為通過結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)模擬進(jìn)行巖體結(jié)構(gòu)面分布規(guī)律研究奠定了堅(jiān)實(shí)的的基礎(chǔ)。 (2)地下工程圍巖穩(wěn)定性研究的現(xiàn)狀 巖體結(jié)構(gòu)面被定義為不連續(xù)面，主要分為以下幾種情況：非連續(xù)結(jié)構(gòu)面、軟弱層面、節(jié)理、軟弱片理和軟弱帶等各種力學(xué)成因的破裂面和破裂帶等 [3]。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 (1)圍巖穩(wěn)定性研究發(fā)展歷史 巷道圍巖穩(wěn)定性分析是圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行全面評價(jià)的基本方法的其中之一，也是地下工程設(shè)計(jì)中必然進(jìn)行的基礎(chǔ)，也是礦山建設(shè)投資的重要依據(jù)，是進(jìn)行科學(xué)管理與評價(jià)經(jīng)濟(jì)效益的工具，巷道圍巖穩(wěn)定性分析發(fā)展，歸納起來可認(rèn)為經(jīng)歷了以下四個(gè)階段： 經(jīng)驗(yàn)判定階段 ：在巷道圍巖穩(wěn)定性研究的初期，由于對巖體的理論基礎(chǔ)和破壞因素認(rèn)識(shí)不足，局限于研究人員的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) , 嚴(yán)重依賴某單一因素的定性判定階段 [3]。從地表向地下開掘的各類通道和硐室都稱為巷道。近年來，全球經(jīng)濟(jì)迅猛增長，石油 及天然氣價(jià)格明顯上漲，導(dǎo)致全球煤炭需求增長趨勢越來越明顯，價(jià)格逐步攀升。 目 錄 1 緒論 ............................................................................................................................................. 1 課題研究背景與意義 ........................................................................................................... 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ................................................................................................................... 1 相關(guān)圍巖巷道穩(wěn)定性的研究方法 ....................................................................................... 3 本文主要研究內(nèi)容與方法 ................................................................................................... 4 2 巷道圍巖穩(wěn)定性分析的理論基礎(chǔ) ............................................................................................. 6 巖體的基本性質(zhì) ................................................................................................................... 6 圍巖穩(wěn)定性分析的彈性理論 ............................................................................................... 9 斷裂力學(xué)圍巖穩(wěn)定性分析的應(yīng)用 ..................................................................................... 12 .................................................................................... 16 巖土工程問題的數(shù)值模擬軟件 ......................................................................................... 16 非連續(xù)結(jié)構(gòu)面圍巖穩(wěn)定性分析的 數(shù)值計(jì)算模型及計(jì)算方案 ......................................... 16 非連續(xù)結(jié)構(gòu)面高度對巷道圍巖穩(wěn)定性的影響 ................................................................. 18 巷道圍巖的變形規(guī)律 ........................................................................................................ 18 巷道圍巖的應(yīng)力分布規(guī)律 ................................................................................................. 21 非連續(xù)結(jié)構(gòu)面尺寸對巷道圍巖穩(wěn)定性的影響 ................................................................. 24 巷道圍巖的變形規(guī)律 ........................................................................................................ 24 巷道圍巖的應(yīng)力分布規(guī)律 ................................................................................................. 26 非連續(xù)結(jié)構(gòu)面角度對巷道穩(wěn)定性的影響 ......................................................................... 28 巷道圍巖的變形規(guī)律 ........................................................................................................ 28 巷道圍巖的應(yīng)力分布規(guī)律 ................................................................................................. 30 巖石性質(zhì)變化非連續(xù)結(jié)構(gòu)面對巷道穩(wěn)定性的影響 ......................................................... 32 巷道圍巖的變形規(guī)律 ........................................................................................................ 32 巷道圍巖的應(yīng)力分布規(guī)律 ................................................................................................. 34 斷面間摩擦系數(shù)變化對圍巖穩(wěn)定性的影響 .........................