【正文】 (h)h=15 (i)h=20 (k)h=25 圖 37 高度非連續(xù)結構面的水平應力 3 0 2 5 2 0 1 5 1 0 5 0 5 10 15 20 25 307 .07 .17 .27 .37 .47 .57 .67 .77 .87 .98 .0h sx / M p a 圖 38 隨非連續(xù)結構面高度變化巷道附近最大水平應力 由圖 37 看出：巷道水平應力分布關于 y 軸是對稱的，并且在巷道的兩側以及底部出現了拉應力，但是隨著與巷道的距離增大，拉應力慢慢減小，從拉變?yōu)閴?，并且達到壓應力的最大值，然后又慢慢減小。 非連續(xù)結構面高度對巷道圍巖穩(wěn)定性的影響 巷道圍巖的變形規(guī)律 （ 1）巷道圍巖的水平位移 非連續(xù)結構面處于不同高度時圍巖水平位移云圖如圖 33 所示。 60176。 可以利用建立裂隙的方法建立局部非連續(xù)結構面具體參數如表 32 和表 33 所示： 表 32 非連續(xù)結構面設置參數 長度 /m 圓心 /m R1/m R2/m 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)論文 第 18 頁 表 33 非連續(xù)結構面間的接觸參數 切向剛度 /Mpa 法向剛度 /Mpa 粘聚力 /Mpa （ 2）數值模擬的計算方案 主要研究非連續(xù)結構面尺寸、傾角、距離巷道的高度、摩擦系數及巖性等因素對巷道圍巖穩(wěn)定性的影響規(guī)律。各巖層力學參數如表 31 所示。以本課題為例：首先，對隧道圍巖，在圍巖分類方法包含多個參數，以及一些參數是不知道的。 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)論文 第 16 頁 巖土工程問題的數值模擬軟件 (1)ANSYS 簡介 隨著計算力學、計算數學、工程管理學，特別是信息技術飛速發(fā)展，數值模擬可以廣泛的土木，機械，電子，能源，冶金，國防，航空航天等領域。 裂紋的基本形式：伊爾文的線彈性斷裂力學的基本觀點，是位移的變形裂縫的概念來描述。損傷的成因和方式是多方面的，有初始損傷、彈塑性損傷、疲勞損傷、蠕變損傷，損傷作為一種“劣化因素”結合到彈、塑粘性介質中，作為宏觀力學來考慮。計算模型如圖 23 所示： 圖 23 含圓孔薄板雙側受壓的力學模型 vh ??? ? () 可以將模型分解為兩種模型的疊加， 如圖 24 所示： v? h? m 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)論文 第 10 頁 (a) (b) (c) 圖 24 含圓孔薄板雙側受壓的疊加計算模型 圖 24 中（ b）圖中 M 點的各應力分量 ,根據彈性理論為： ?????????????????????????????????????????????????2222221111 () 邊界條件： ????????????????????)(s i n2)()(0)()(c o s22)(000RbpRbRbppbrrbrrbrr?????? () 設應力函數： ?? 2c o s)(ln 222 FDrCrBrrA ????? ? () 根據邊界條件解得應力函數為： ]2c o s)221(2[ l n2220222220 ?? rRRrRrrpR ?????? () 根據疊加原理得到 v? 和 h? 同時作 用時圓形巷道圍巖重分布應力為： v? v? h? ? h?? M M M 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)論文 第 11 頁 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2s i n231212c o s31211212c o s43121121220440440220220440220rRrRrRrRrRrRrRVVVrr () 根據應力和應變的關系即物理方程（ ）和應變和位移的關系即幾何方程（ ），解得位移的彈性解（ ）： ???????????????????????rvrvurvrrururr???????11 () ???????????????????????????????????????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 2020 屆本科生畢業(yè)論文 第 12 頁 圖 25 含有空洞圍巖應力分布圖 當 r = 06R 時， ??? r 和原巖應力相差僅 %。 巖石材料破壞的形式有兩種：斷裂破壞和流動破壞（出現顯著的塑性變形或流動現象）。由于巖石材料的不確定性，所以極限應力并不是一個定值，它通常通過試驗求得的。 1節(jié)理； 2層理； 3斷層； 4斷層破碎帶 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)論文 第 7 頁 (a)整體結構； (b)塊狀結構； (c)層狀結構； (d)薄層狀結構； (e)鑲嵌結構； (f)層狀破壞結構 (g)破裂結構； (h)散粒結構 圖 21 為巖體的結構型式 表 21 巖體結構的基本類型 巖體結構類別 地質背景 結構面特征 結構體特征 整體塊狀結構 整體結構 巖性單一、構造變形輕微的巨厚層沉積巖、變質巖和火山溶巖、火成侵入巖 結構面少，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 塊狀結構 巖性較單一，受輕微構造作用的厚層沉積巖和變質巖、火成巖侵入體 結構面一般 23 組，裂隙 延續(xù)性極差，多呈閉合狀態(tài)。 中國礦業(yè)大學 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變數值模型，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。 。 邊界元法。 DDA 模型建立了一套完整的塊體系統(tǒng)運動學理論，較 好地模擬具有非連續(xù)面的巖體的運動與變形特性 [12]。但是此方法有局限性，只多用于圓形隧道的求解。現分析如下： 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)論文 第 3 頁 （ 1）數值分析模型缺少理論基礎；（ 2）位移反分析力學模型的假設缺少理論支持； （ 3）模型試驗尚難以實現時空模擬；（ 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現。 (3)圍巖穩(wěn)定性分析存在問題 隨著計算機與巖土研究中的緊密結合，圍巖穩(wěn)定性數值計算法有了新的發(fā)展。 (2)地下工程圍巖穩(wěn)定性研究的現狀 巖體結構面被定義為不連續(xù)面，主要分為以下幾種情況：非連續(xù)結構面、軟弱層面、節(jié)理、軟弱片理和軟弱帶等各種力學成因的破裂面和破裂帶等 [3]。從地表向地下開掘的各類通道和硐室都稱為巷道。 目 錄 1 緒論 ............................................................................................................................................. 1 課題研究背景與意義 ........................................................................................................... 1 國內外研究現狀 ................................................................................................................... 1 相關圍巖巷道穩(wěn)定性的研究方法 ....................................................................................... 3 本文主要研究內容與方法 ................................................................................................... 4 2 巷道圍巖穩(wěn)定性分析的理論基礎 ...........................................................