【正文】 al., 1997), have the main characteristics such as large deformability, strong dependence of resistance on degree of saturation or temperature, and susceptibility to alteration. For simplicity, soft rocks have been classified into two sets (Clerici, 1992Dawei Hua,這時(shí)豎向應(yīng)力較大，容易發(fā)生錯(cuò)動(dòng)。⑤斷面間摩擦系數(shù)變化對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響 隨著摩擦系數(shù)的變化，應(yīng)力位移分布區(qū)域并沒有明顯變化，但是隨著摩擦系數(shù)的增加，巷道上的應(yīng)力隨著減小，水平位移也隨之減小，只有豎向位移隨之增大。③非連續(xù)結(jié)構(gòu)面角度對(duì)巷道穩(wěn)定性的影響當(dāng)發(fā)連續(xù)結(jié)構(gòu)的角度增加時(shí)，對(duì)于巷道位移分布和應(yīng)力分布區(qū)域有顯著的影響，其中最大位移位置會(huì)隨著角度的變化而變化，最大應(yīng)力分布位置始終在巷道的底部。、90176。（2）徑向45176。不同角度非連續(xù)結(jié)構(gòu)面的水平應(yīng)力圖412不同夾角裂紋尖端的水平應(yīng)力由圖411和圖412可以看出：裂隙位置的改變，并不影響巷道豎向應(yīng)力分布的對(duì)稱性，但是影響了水平應(yīng)力分布的區(qū)域大小。、15176。裂紋尖端的豎向應(yīng)力也隨之逐漸增加。、75176。隨著角度的改變，當(dāng)角度從0176。、30176。巷道的頂部和底部的壓應(yīng)力又逐漸減小變?yōu)閴簯?yīng)力。(a)θ=0 (b)θ=15 (c)θ=30(d)θ=45 (e)θ=60 (f)θ=75(g)θ=90圖45不同徑向角度非連續(xù)結(jié)構(gòu)面的豎直應(yīng)力圖46不同夾角裂紋尖端的豎向應(yīng)力由圖45和圖46可以看出：裂隙位置的改變，并不影響巷道豎向應(yīng)力分布的對(duì)稱性，但是影響了豎向應(yīng)力分布的區(qū)域大小。（2）不同徑向夾角的豎向應(yīng)力以下為裂隙處于不用徑向夾角0176。的水平應(yīng)力云圖如圖43所示。七種計(jì)算模型。處，分析裂隙方位的變化對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響。15176。30176。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。（1）不同摩擦系數(shù)的水平應(yīng)力 、。（2）巖性變化的豎向應(yīng)力以下為圍巖為不同巖性：白云巖、灰?guī)r、強(qiáng)風(fēng)化碳質(zhì)巖、砂巖、石英巖時(shí)的豎向應(yīng)力云圖如圖331所示。（2）巖性變化的豎向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(shí)的豎向位移云圖如圖327。由圖324可以看出：當(dāng)角度從0176。由圖322可以看出：隨著角度從0176。由圖320看出：當(dāng)角度從0176。由圖318可以看出，當(dāng)角度從0176。（2）不同尺寸斷層造成的豎向應(yīng)力非連續(xù)結(jié)構(gòu)面為不同尺寸時(shí)圍巖豎向應(yīng)力云圖如圖315所示。他只影響到非連續(xù)結(jié)構(gòu)面附近的水平位移，并且位移分布也是關(guān)于y軸對(duì)稱的。由圖38可以看出，當(dāng)非連續(xù)結(jié)構(gòu)面靠近巷道，但是并未貫穿巷道時(shí)，越靠近巷道，巷道上最大的水平應(yīng)力越大；然而當(dāng)非連續(xù)結(jié)構(gòu)面貫穿巷道時(shí)，巷道上的水平應(yīng)力反而明顯減小。(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 (k)h=25圖33不同高度非連續(xù)結(jié)構(gòu)面的水平位移 圖34隨非連續(xù)結(jié)構(gòu)面高度變化巷道附近最大橫向位移由圖33中可以看出含有水平非連續(xù)結(jié)構(gòu)面的水平位移是關(guān)于y軸對(duì)稱的。90176。具體計(jì)算方案如下：①研究非連續(xù)結(jié)構(gòu)面高度的變化對(duì)巷道穩(wěn)定性的影響：巖性為砂巖，非連續(xù)結(jié)構(gòu)面的長(zhǎng)度為50 m。計(jì)算中采用PLANE182單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格，如圖32所示。并且，圍巖處于自然環(huán)境中，周圍充滿了許多的不可知性，這也對(duì)模擬結(jié)果產(chǎn)生了較大的影響。有限元分析在工程領(lǐng)域的一個(gè)計(jì)算方法更廣泛的應(yīng)用，自成立以來，以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，廣泛的應(yīng)用計(jì)算的發(fā)展，已出現(xiàn)了不同的有限元算法，并由此產(chǎn)生了一批非常成熟的通用和專業(yè)有限元商業(yè)軟件。因而將裂紋分為以下三種形式如圖26所示：圖 26裂紋三種基本模式Ⅰ. 張開型（Ⅰ型）：由于張應(yīng)力的作用而張開，特點(diǎn)是裂紋上下面位移是對(duì)稱的。(1)線彈性斷裂力學(xué)的基本理論Griffith(格里菲斯)斷裂強(qiáng)度理論Griffith認(rèn)為任何固體材料其內(nèi)部和表面總會(huì)存在或形成或多或少、一定大小的裂紋。因此，一般認(rèn)為，地下洞室開挖引起的圍巖分布應(yīng)力范圍為。 巖石強(qiáng)度一般包括抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度，其中確定巖石工程穩(wěn)定性的主要因素主要是抗剪強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。巖塊是不連續(xù)的，是巖體的基本組成單元。結(jié)構(gòu)面多為泥膜、碎屑和泥質(zhì)充填板狀、薄板狀碎裂結(jié)構(gòu)鑲嵌結(jié)構(gòu)一般發(fā)育于脆硬巖層中，結(jié)構(gòu)組數(shù)較多，密度較大以規(guī)模不大的結(jié)構(gòu)面為主，但組數(shù)多，密度大，延續(xù)性差，閉合無填充或充填少量碎屑形狀不規(guī)則，但菱角顯著層狀碎裂結(jié)構(gòu)受構(gòu)造裂隙切割的層狀巖體以層面、軟弱夾層、層間錯(cuò)動(dòng)面等為主，構(gòu)造裂隙甚發(fā)達(dá)以碎塊狀、板狀、短柱狀為主碎裂結(jié)構(gòu)巖性復(fù)雜，構(gòu)造破碎較強(qiáng)烈，弱風(fēng)化帶延續(xù)性差的結(jié)構(gòu)面，密度大，相互交切碎屑和大小不等的巖塊。它們嚴(yán)重地破壞了巖石的完整性。地下工程圍巖開裂和破壞主要由于結(jié)構(gòu)面的斷裂擴(kuò)展和連通,所以斷裂和損傷力學(xué)方法評(píng)價(jià)節(jié)理裂隙巖體穩(wěn)定性和變形行為已成為常用的分析方法；此外,反分析等方法也被應(yīng)用于圍巖的穩(wěn)定性分析中。邊界元法將偏微分方程變換成求解對(duì)象邊界上的積分方程式并將其離散化求解。 離散單元法這一方法已在巖土工程問題中得到越來越多的應(yīng)用。當(dāng)硐室是非圓形時(shí),就需要通過保角變換,而的映射函數(shù)則就變成問題的求解關(guān)鍵。工程條件的差異、量測(cè)誤差等使其帶有顯著的定性使用的特點(diǎn)，在實(shí)際工程中發(fā)生和上述標(biāo)準(zhǔn)的不一樣現(xiàn)象也經(jīng)常發(fā)生；有的軟弱圍巖當(dāng)變形值超出規(guī)范允許值數(shù)倍仍未發(fā)生失穩(wěn)；反而在淺埋隧道中，有的變形尚未達(dá)到允許值卻發(fā)生了坍塌；此外，還有統(tǒng)計(jì)分析的原因，用于穩(wěn)定性分析的數(shù)據(jù)滯后，使不穩(wěn)定地層的穩(wěn)定性分析難以真正應(yīng)用于實(shí)施量測(cè)的工程，人們?cè)跀?shù)值模擬和理論分析時(shí)經(jīng)常查閱國(guó)內(nèi)外有關(guān)圍巖穩(wěn)定性的規(guī)范，大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)并不確定只是給了一個(gè)大概的范圍，部分定量指標(biāo)通常是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)資料得出。用彈塑性力學(xué)理論分析圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的有限元程序廣泛應(yīng)用，邊界元及邊界元與有限元耦合法在隧道工程中的應(yīng)用也有不少成果；用于裂隙巖體的塊體理論和離散元理論也發(fā)展出了相應(yīng)的程序。對(duì)巖體結(jié)構(gòu)面的定量描述是復(fù)雜的課題，大致包括了兩個(gè)方面：(1)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)收集的定量、半定量的資料[3]。因?yàn)轭A(yù)防和控制煤礦事故的發(fā)生是我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)工作的中心，煤炭安全開采是煤炭工業(yè)健康發(fā)展的前提和保證，所以建設(shè)安全的巷道更是煤炭開采的核心。裂隙方位的變化對(duì)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(guó)礦業(yè)大學(xué)2010屆本科生畢業(yè)論文 第 78 頁(yè)1 緒論 煤炭是我國(guó)的主題能源，在我國(guó)能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭資源占到了一半以上。近年來我國(guó)國(guó)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(duì)煤炭需求的大幅度增加。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(píng)價(jià)與定性指標(biāo)量化評(píng)價(jià)相結(jié)合，對(duì)巖體的理論基礎(chǔ)和不確定性加深了的認(rèn)識(shí)，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(duì)圍巖穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)開始與數(shù)學(xué)工具相結(jié)合[3]。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(cè)[3]。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(jì)算等于無用。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。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。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?？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。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(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性的影響規(guī)律。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。 圖22巖石裂隙圖巖石在外力作用下處于破壞狀態(tài)時(shí)的極限應(yīng)力，是巖石力學(xué)性質(zhì)的主要屬性質(zhì)。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)。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(kù)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。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(diǎn)。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(chǎng)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。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(gè)方向的應(yīng)力強(qiáng)度因子達(dá)到臨界值時(shí)裂紋將開始擴(kuò)展。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(diǎn)，有限元方法，基于加權(quán)殘值法和變分原理，它的優(yōu)點(diǎn)是：部分的考慮了沿途的非連續(xù)性，所以對(duì)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(shí)工程。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。每種模型使用不同的接觸單元來分析模型中的不同問題。分別考慮當(dāng)非連續(xù)結(jié)構(gòu)面夾角為：0176。⑤研究斷面間摩擦系數(shù)變化對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響，巖性為砂巖，非連續(xù)結(jié)構(gòu)面長(zhǎng)度為 60m，距離巷道高度為10m。(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。 (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。（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(shí)圍巖水平應(yīng)力云圖如圖313所示。(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(duì)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。（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(shí)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(duì)于圍巖的影響，從而選取三條路徑做進(jìn)一步的討論。（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(shí)圍巖水平應(yīng)力云圖如圖321所示。巷道的拉應(yīng)力又逐漸減小。（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(shí)的水平位移云圖如圖325所示。(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