【正文】 增加到90176。時的水平應(yīng)力云圖如圖47所示。、45176。裂紋尖端的豎向應(yīng)力隨之減小。另外，當(dāng)角度從0176。增加到75176。巷道的兩側(cè)存在豎向應(yīng)力最大值。、75176。、15176。時，裂隙尖端的水平應(yīng)力也逐漸增加，但是當(dāng)角度從60176。 (a)θ=0 (b)θ=15 (c)θ=30(d)θ=45 (e)θ=60 (f)θ=75(g)θ=90圖43不同徑向角度非連續(xù)結(jié)構(gòu)面的水平應(yīng)力圖44不同夾角裂紋尖端的水平應(yīng)力由圖43和圖44可以看出：由于裂隙和巷道的尺寸相比較非常小，裂隙位置的改變并不影響巷道整體水平應(yīng)力分布的對稱性，但是影響了水平應(yīng)力分布的區(qū)域大小。、60176。 （1）不同徑向夾角裂隙的水平應(yīng)力裂隙處于不用徑向夾角0176。60176。取裂隙與水平方向x軸的夾角分別為0176。90176。30176。七種計算模型。45176。具體分析方案如下：①裂隙長度為20cm，沿拱部徑向分布，分析拱部徑向裂隙位置的變化對圍巖穩(wěn)定性的影響。取巷道埋深1000m，本文實驗試樣為砂巖，上部施加載荷為25Mpa。（1）數(shù)值計算模型本章根據(jù)工程中常見的直墻拱形斷面巷道，采用ANSYS軟件建立巷道圍巖的平面應(yīng)變模型。(a)f= (b)f= (c)f= (d)f= (e)f= 圖337不同摩擦系數(shù)非連續(xù)結(jié)構(gòu)面的水平應(yīng)力 圖338隨摩擦系數(shù)變化巷道附近最大水平應(yīng)力由圖337和圖338可以看出：巷道的水平應(yīng)力分布總體關(guān)于y軸對稱，并且巷道的水平拉應(yīng)力出現(xiàn)在頂部和兩側(cè)。（2）不同摩擦系數(shù)的豎向位移 、。(a)白云巖 (b)灰?guī)r (c)強(qiáng)風(fēng)化碳質(zhì)巖 (d)砂巖 (d)石英巖圖331不同巖性非連續(xù)結(jié)構(gòu)面的豎直應(yīng)力圖332隨巖性變化巷道附近最大豎向應(yīng)力由圖331和圖332可以看出：巷道整體受壓，并且在巷道的兩側(cè)存在最大的豎向應(yīng)力；在五中巖性中，其中砂巖的壓應(yīng)力最小，白云巖的壓應(yīng)力最大。(a)白云巖 (b)灰?guī)r (c)強(qiáng)風(fēng)化碳質(zhì)巖 (d)砂巖 (e)石英巖圖329不同巖性非連續(xù)結(jié)構(gòu)面的水平應(yīng)力圖330隨巖性變化巷道附近最大水平應(yīng)力由圖329和圖330可以看出：巷道的水平應(yīng)力總體關(guān)于y軸對稱，并且無論哪一種巖性在巷道的底部存在拉應(yīng)力。(a)白云巖 (b)灰?guī)r (c)強(qiáng)風(fēng)化碳質(zhì)巖 (d)砂巖 (e)石英巖圖327不同巖性非連續(xù)結(jié)構(gòu)面的豎向位移圖328隨巖性變化巷道附近最大豎向位移由圖327和圖328可以看出：隨著圍巖深度的增加，圍巖中的豎向位移也在逐漸增加。（1）巖性變化的水平位移圍巖為不同巖性：白云巖、灰?guī)r、強(qiáng)風(fēng)化碳質(zhì)巖、砂巖、石英巖時的水平位移云圖如圖325所示。增加到90176。巷道的拉應(yīng)力又逐漸減小。增加到90176。（1）不同角度非連續(xù)面的水平應(yīng)力非連續(xù)結(jié)構(gòu)面處于不同角度時圍巖水平應(yīng)力云圖如圖321所示。增加到90176。（2）不同角度非連續(xù)面的豎向位移非連續(xù)結(jié)構(gòu)面處于不同角度時圍巖豎向位移云圖如圖319所示，為了更加準(zhǔn)確的描述非連續(xù)面角度對于圍巖的影響，從而選取三條路徑做進(jìn)一步的討論。到90176。(a)θ=0 (b)θ=30 (c)θ=60(d)θ=90 (e)θ=120 (f)θ=150圖317不同角度非連續(xù)結(jié)構(gòu)面水平位移圖318隨非連續(xù)結(jié)構(gòu)面角度變化巷道附近最大水平位移由圖317可以看出，當(dāng)角度發(fā)生變化，對于巷道水平位移的分布影響是十分明顯的，并且當(dāng)角度從0176。 (a)w=15 (b)w=18 (c)w=(d)w=30 (e)w=45 (f)w=60圖315不同尺寸非連續(xù)結(jié)構(gòu)面的豎直應(yīng)力圖316隨非連續(xù)結(jié)構(gòu)面尺寸變化巷道附近最大豎向應(yīng)力由圖315可以看出：巷道整體受壓，并且豎向應(yīng)力分布關(guān)于y軸對稱。（1）不同尺寸非連續(xù)面的水平應(yīng)力非連續(xù)結(jié)構(gòu)面為不同尺寸時圍巖水平應(yīng)力云圖如圖313所示。由圖312可以看出，隨著非連續(xù)結(jié)構(gòu)面尺寸的增加，巷道上的最大水平位移也隨之逐步增加。 (a)w=15 (b)w=18 (c)w= (d)w=30 (e)w=45 (f)w=60 圖311不同尺寸非連續(xù)結(jié)構(gòu)面的水平位移圖312隨非連續(xù)結(jié)構(gòu)面尺寸變化巷道附近最大水平位移由圖311可以看出，非連續(xù)結(jié)構(gòu)面尺寸的改變并不影響巷道附近的水平位移分布規(guī)律，最大值依然在巷道的頂部和底部和巷道徑向45176。（2）巷道圍巖的鉛垂應(yīng)力非連續(xù)結(jié)構(gòu)面處于不同高度時圍巖豎向應(yīng)力云圖如圖39所示。(a)無非連續(xù)結(jié)構(gòu)面 (b)h=25 (c)h=20(d)h=15 (e)h=10 (f)h=0(g)h=10 (h)h=15 (i)h=20 (j)h=25圖35不同高度非連續(xù)結(jié)構(gòu)面的豎向位移 圖36隨非連續(xù)結(jié)構(gòu)面高度變化巷道附近最大豎向位移由圖35可以看出：圍巖的豎向位移隨著深度的增加，在慢慢減小，巷道的最大豎向位移也就出現(xiàn)在巷道的頂部；由36可以看出：隨著非連續(xù)結(jié)構(gòu)面所處深度的增加，巷道上最大的豎向位移在逐漸減小。最大位移出現(xiàn)在巷道的兩側(cè)底部和巷道徑向45176。⑤研究斷面間摩擦系數(shù)變化對圍巖穩(wěn)定性的影響，巖性為砂巖，非連續(xù)結(jié)構(gòu)面長度為 60m，距離巷道高度為10m。120176。分別考慮當(dāng)非連續(xù)結(jié)構(gòu)面夾角為：0176。分別考慮非連續(xù)結(jié)構(gòu)面高度：25m、20m、15m、10m、0m、10m、15m、20m、25m，依次模擬非連續(xù)結(jié)構(gòu)面高度對巷道穩(wěn)定性的影響。每種模型使用不同的接觸單元來分析模型中的不同問題。 圖31模型尺寸 圖32網(wǎng)格劃分 表31巖石力學(xué)參數(shù)巖性彈性模量/泊松比密度/粘聚力/內(nèi)摩擦角 載荷/砂巖250025灰?guī)r260026石英巖260026白云巖230023風(fēng)化碳質(zhì)巖280028在有限元建模非連續(xù)結(jié)構(gòu)面，因為不同的部件之間沒有鍵合在一起，有時還需要考慮摩擦力的問題，就有必要在模型中定義接觸，定義了接觸問題，就被稱為接觸問題，這是一種高度非線性的問題，需要大量的求解。這里認(rèn)為圍巖為均勻連續(xù)的彈性體，考慮模型自重以及模型上覆巖石的自重。其次，工程中的圍巖材料都是非均勻性，而目前的有限元法都是基于連續(xù)介質(zhì)，所以對于巖土這類非均勻介質(zhì)計算結(jié)果和實際情況總有些差距。ANSYS的基礎(chǔ)思想仍然是有限元法的基礎(chǔ)上，所以它繼承了有限元方法的優(yōu)點，有限元方法，基于加權(quán)殘值法和變分原理，它的優(yōu)點是：部分的考慮了沿途的非連續(xù)性，所以對于工程中的非連續(xù)介質(zhì)有更好的適應(yīng)性，比之前的方法更具符合現(xiàn)實工程。ANSYS軟件以它的多物理場耦合分析功能而成為CAE軟件的應(yīng)用主流，在工程分析應(yīng)用中得到了較為廣泛的應(yīng)用。這里基本假定：①裂紋的初始擴(kuò)展方向是切向正應(yīng)力的最大值方向；②沿著這個方向的應(yīng)力強(qiáng)度因子達(dá)到臨界值時裂紋將開始擴(kuò)展。
Ⅱ. 滑開型（Ⅱ型）：由于剪應(yīng)力的作用而滑開，上下表面切向位移反對稱。伊爾文理論
Griffith理論和奧羅文理論都是以能量作為衡量固體材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)，而伊爾文則主張用裂紋前緣區(qū)域應(yīng)力場的強(qiáng)弱程度來判斷固體的裂紋擴(kuò)展和斷裂以及固體的強(qiáng)度。固體的破壞是由于裂紋擴(kuò)展的結(jié)果。由裂紋前緣的應(yīng)力和位移根據(jù)斷裂因子判斷裂紋的擴(kuò)展及其開裂方向，損傷力學(xué)以微觀裂紋為出發(fā)點。在該范圍以外，不受開挖影響，這一范圍內(nèi)的巖體就是常說的圍巖，是有限元計算模型的邊界范圍。巖石強(qiáng)度理論——指巖石在某應(yīng)力或應(yīng)變條件下產(chǎn)生破壞的判據(jù)，主要分為主要有三種:（1）庫侖強(qiáng)度準(zhǔn)則（2）莫爾強(qiáng)度理論（3）格里菲斯強(qiáng)度理論將圍巖近似視為各向同性、連續(xù)、均質(zhì)的線彈性體，用彈性力學(xué)的基本理論來分析圍巖的應(yīng)力和位移分布。在材料力學(xué)中有關(guān)于材料強(qiáng)度破壞決定性因素的各種假說，這些假說也被稱為強(qiáng)度理論。變形和強(qiáng)度是巖體兩類的力學(xué)性質(zhì)，本構(gòu)關(guān)系來反映變形性質(zhì)，強(qiáng)度準(zhǔn)則來反映強(qiáng)度性質(zhì)。實驗室試驗用的巖樣就是巖塊。 圖22巖石裂隙圖巖石在外力作用下處于破壞狀態(tài)時的極限應(yīng)力，是巖石力學(xué)性質(zhì)的主要屬性質(zhì)。形狀多種，不規(guī)則散體結(jié)構(gòu)構(gòu)造破碎帶、強(qiáng)烈的風(fēng)化帶裂隙和節(jié)理很發(fā)達(dá)，無規(guī)則巖屑、碎片、碎塊、巖粉巖石中普遍存在的結(jié)構(gòu)面，無論是物質(zhì)分異面還是物質(zhì)不連續(xù)面，都會使結(jié)構(gòu)面兩側(cè)附近的巖石物理力學(xué)性質(zhì)呈現(xiàn)不連續(xù)變化。結(jié)構(gòu)面就是巖體內(nèi)具有確定的方向、較大的延展性、較小的厚度兩維面狀地質(zhì)界面，包括物質(zhì)的異面和不連續(xù)面（如層理、斷裂面等） 結(jié)構(gòu)體則是被不同層狀結(jié)構(gòu)組合切割形成大小不一形態(tài)各異的單元巖塊。在這種情況下，對巖體工程的安危起主要控制作用的，通常不再是被各種結(jié)構(gòu)面分割的巖石塊體，而主要是巖體中存在的結(jié)構(gòu)面，或者是由巖石和結(jié)構(gòu)面共同控制。在此基礎(chǔ)上研究非連續(xù)結(jié)構(gòu)面傾角、摩擦系數(shù)、巖性以及與非連續(xù)結(jié)構(gòu)面尺寸以及與巷道口的間距等因素對隧道圍巖穩(wěn)定性的影響規(guī)律。然而，任何一種分析方法都不是萬能的、唯一的、排它的，如果能把2種或多種方法融合起來，取長補(bǔ)短，則對問題的分析更有用?？煽啃岳碚摳鶕?jù)不同的巖石破壞判據(jù)建立極限狀態(tài)方程，自應(yīng)用于巖土工程以來,在許多領(lǐng)域獲得了較大的發(fā)展[16]，并被引入地下硐室穩(wěn)定分析中；采用概率論方法求得地下結(jié)構(gòu)工程的破壞概率，進(jìn)而分析其穩(wěn)定可靠性。與有限元相比,具有計算時間短、計算范圍大等特點,但邊界元法對奇異邊界較難處理。為了克服有限元等方法不能求解大變形問題的缺陷，能更好地考慮巖土體的不連續(xù)和大變形特性，求解速度較快。其基本思想是巖塊之間的相互作用，同時受位移力的物理方程和力加速度(速度、位移)的運動方程的支配,通過迭代求解顯示巖體的動態(tài)破壞過程。有限元法有限元法自20 世紀(jì)70 年代提出發(fā)展至今,已經(jīng)相當(dāng)成熟,是目前最廣泛使用的一種方法,可以用來求解彈性、彈塑性、粘彈塑性、粘塑性等問題,是地下工程巖體應(yīng)力應(yīng)變分析最常用的方法。解析法也具有精度高,速度快和易于進(jìn)行規(guī)律性研究等優(yōu)點。根據(jù)圍巖穩(wěn)定性分析的數(shù)學(xué)模型,可將目前常用的圍巖穩(wěn)定性分析方法分為如下4類。這表明，在實際應(yīng)用中，設(shè)定基準(zhǔn)值時難以用數(shù)值方式表示。在地下工程穩(wěn)定問題的分析中，如果不把巖體的性質(zhì)搞清楚，那么任何計算等于無用。計算機(jī)與數(shù)學(xué)方法的加深利用，使我們對地下工程的一些問題進(jìn)行分析與研究的可行性增大，但是研究的方向、途徑、策略手段、和其選擇模型是否可行，則需要不斷地的鉆研和改進(jìn)。馮夏庭(1999)建立了分形維數(shù)與JRC的關(guān)系式并應(yīng)用于JCR值的近似分形預(yù)測[3]。利用數(shù)理統(tǒng)計提取結(jié)構(gòu)面的有關(guān)參數(shù)。數(shù)學(xué)分析階段：近20年來，圍巖分析融合了諸多因素、多指標(biāo)，進(jìn)行定量評價與定性指標(biāo)量化評價相結(jié)合，對巖體的理論基礎(chǔ)和不確定性加深了的認(rèn)識，在數(shù)學(xué)上，模糊數(shù)學(xué)、灰色理論等數(shù)學(xué)工具的出現(xiàn)，也為巖體的不確定性帶來了新的解決問題的方法，對圍巖穩(wěn)定性的評價開始與數(shù)學(xué)工具相結(jié)合[3]。然而實際工程中巷道圍巖的性質(zhì)并非連續(xù)、均勻的，巷道圍巖中存在著許多或大或小的裂隙群，在外部環(huán)境影響下，裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展直至貫通，使圍巖產(chǎn)生不同程度的破壞，從而影響巷道圍巖的穩(wěn)定性，從而也會影響到煤炭開采工作的安全進(jìn)行。近年來我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，電力、冶金、建材、化工等行業(yè)的高速發(fā)展導(dǎo)致了對煤炭需求的大幅度增加。目前，世界煤炭可采儲量約為9000多億噸，按照目前的全球生產(chǎn)能力，煤炭資源尚可開采不到200年，而石油大約開采不到50年，天然氣大約可以開采約50多年。裂隙方位的變化對圍巖穩(wěn)定性的影響 475主要結(jié)論 50參考文獻(xiàn) 51翻譯部分 52致 謝 78中國礦業(yè)大學(xué)2010屆本科生畢業(yè)論文 第 78 頁1 緒論 煤炭是我國的主題能源，在我國能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)中，煤炭資源占到了一半以上。國內(nèi)煤炭需求也旺盛。因