【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 7 si n c os( ) c os c ot ( )t t c t t ca a N AB a??? ? ? ? 令 tkN AB a??，則已知層理面 產(chǎn)狀 c? 、 c? 和臺(tái)階面與層理面得夾角 tca ，便可按下式求得臺(tái)階面的產(chǎn)狀。 2 2 2c o s c o s c o s s i n s i n ( )t tc o tc k ca a a?? ? ? ? ? c os( ) c ot c ot ( )t c t t ca? ? ? ?? ? ? 式中 c o s()c o s s intck o tca arctg ? ?? ? ta — 臺(tái)階面傾角 ca — 層理面傾角 tca — 臺(tái)階面與層理面傾角 t? — 臺(tái)階面傾向方位角 c? — 層理面傾向方位角 o? — 臺(tái)階面與層理面最初傾向方位角，分別為： 542??? 。342??? 。42??? 。 42???? tc? — 層理面傾角 0c?? 時(shí)的臺(tái)階面傾向方位角； 2cN OC ???。即此時(shí)層理面傾角 0c?? 。 此處假設(shè)巖層結(jié)構(gòu)為對(duì) 稱，即幾個(gè)方向的臺(tái)階面與層理面的夾角都相同，實(shí)際上巖層很可能是不對(duì)稱的，可根據(jù)實(shí)測(cè)確定，按此原理另行計(jì)算。 塊狀巖體中層理面之間以及節(jié)理面之間的距離遠(yuǎn)小于臨空面的尺寸，可形成很多大小不等的可動(dòng)塊體。其中最大可動(dòng)塊體的底寬等于 東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 臨空面底寬。很多工程中臨空面在某一方向上幾乎是無限延長(zhǎng)的，于是可動(dòng)塊體也將隨之延伸，形成一個(gè)棱柱體。因此，在塊狀巖體中，當(dāng)臨空面很長(zhǎng)時(shí)，不必計(jì)算個(gè)別可動(dòng)塊體的大小，而應(yīng)計(jì)算可動(dòng)塊體組合成的棱柱體大小。 離散性 破碎 塊狀 巖體的穩(wěn)定性分析及控制方法 巷道維護(hù)應(yīng)該充分利用巖石本身的強(qiáng)度，一 般認(rèn)為錨桿能較好地利用巖石本身的強(qiáng)度，但對(duì)于如何發(fā)揮錨桿的作用不同學(xué)者則有不同的認(rèn)識(shí)。以下將從塊體的平衡原理論述這一問題。 一般巷道的頂板都有鉛垂下落塊體，可用支架或錨桿維護(hù)，其承載力原則上應(yīng)大于下落塊體的重量，錨桿的長(zhǎng)度可視巖體性質(zhì)而異。對(duì)于塊狀非連續(xù)巖體，即對(duì)縫式巖體，則必須將錨桿穿過非連續(xù)面，使可動(dòng)塊體與母巖相連接刁‘能保證其穩(wěn)定。對(duì)于塊狀非連續(xù)巖體，它由很多平行六面體組成，而且按一定的規(guī)律鑲嵌而成，如果平行六面體具有足夠的強(qiáng)度條件，則只要維持其原有結(jié)構(gòu)，就可以依靠其本身強(qiáng)度維護(hù)巖體的穩(wěn)定性。設(shè)巷道跨 度或臨空面跨度為 L，基本塊體長(zhǎng)度為 a，平衡條件可按下列情況計(jì)算。 (1)L=2a 假如巷道跨度或臨空面跨度 L接近基本塊體長(zhǎng)度 a的兩倍時(shí)，臨空面上將有 3個(gè)基本塊體脫離母巖向孔洞移動(dòng)，如圖 1一 3。由于塊體間有摩擦力，跨度中央將率先位移，引起塊體轉(zhuǎn)動(dòng)，使兩個(gè)塊體形成 東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 一個(gè)三鉸拱結(jié)構(gòu)。設(shè)巖層位于水平狀態(tài)，每個(gè)基本巖塊的重量為 G，厚度為 b，跨度中央最大下沉量為 S，巖塊三鉸拱結(jié)構(gòu)平衡的必要條件為 : 222L a b?? Sb? 巖塊三鉸拱結(jié) 構(gòu)平衡的充分條件 — 鉸鏈處的作用力 F小于該處的點(diǎn)荷載強(qiáng)度 []FP? 圖 13巖塊三鉸拱結(jié)構(gòu) 設(shè)人工結(jié)構(gòu)物作用的反力為 q，頂、底鉸水平作用力為 T，按靜力平衡條件 : (3 )8( )L G qT bS?? ? 東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 底鉸垂直反力為 322Gq?，底鉸合力 F為 : 22( 3 ) 16 ( )8 ( )L G qF b S LbS?? ? ?? 因此巖塊三鉸拱結(jié)構(gòu)平衡的充分條件為 : 22( 3 )[ ] 16( )8 ( )L G qP b S LbS?? ? ?? (1)L=3a 假如巷道跨度或臨空面跨度 L接近基本塊體長(zhǎng)度 a的三倍時(shí)，臨空面上將有 6個(gè)基本塊體脫離母巖向孔洞移動(dòng)，如圖 1一 4，塊體轉(zhuǎn)動(dòng)將形成一個(gè)四鉸拱結(jié)構(gòu)，巖塊四鉸拱結(jié)構(gòu)平衡的必要條件為 : 222L a b?? Sb? 巖塊三鉸拱結(jié)構(gòu)平衡的充分條件鉸鏈處的作用力 F小于該處的點(diǎn)荷載強(qiáng)度 [P] []FP? 按靜力平衡條件 : (21 4 )36 ( )L G qT bS?? ? 東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 14巖塊四鉸拱結(jié)構(gòu) L=3a 底拱垂直反力為 322Gq? ， 鉸合力 F為 : 2 2 2 21 ( 3 2 4 ( 6 q ) ( ) 2 1 4 q36F b S G b S L G? ? ? ? ? ?） （ ） 因此巖塊四鉸拱結(jié)構(gòu)平衡的充分條件為 : 2 2 2 21[ ] ( 3 2 4 ( 6 q ) ( ) 2 1 4 q36P b S G b S L G? ? ? ? ?≥ ） （ ） 如果式中 q二 0也能滿足，則不需要人工結(jié)構(gòu)物，可依靠巖塊多鉸結(jié)構(gòu)的嚙合作用達(dá)到自身平衡。它反映了支架圍巖共同作用原理。如果巖塊 鉸結(jié)構(gòu)不能自身平衡，則必須輔以人工結(jié)構(gòu)物，對(duì)于基本巖塊較大 (如 a≥ )巖體，可采用錨桿維護(hù) 。對(duì)于基本巖塊較 小者，可采用錨噴網(wǎng)或金屬支架 維護(hù)。當(dāng)巷道跨度或臨空面跨度 L為基本塊體長(zhǎng)度 a的 2一 3倍時(shí)，錨桿長(zhǎng)度應(yīng)大于 滑動(dòng)棱柱體高度。如圖 1一 5所示。 東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 15懸吊式錨桿 (3)L3a 假如巷道跨度或臨空面跨度 L大于基本塊體長(zhǎng)度 a的三倍時(shí)，依靠塊體本身很難形成多鉸拱結(jié)構(gòu)?？梢杂缅^桿將部分基本塊體組合成一起，使錨固后的組合巖塊形成多鉸拱結(jié)構(gòu)，如圖 3一 6所示。如組合巖塊形成多鉸拱結(jié)構(gòu)能滿足平衡條件，則錨桿長(zhǎng)度可以小于滑動(dòng)棱柱體高度。 東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 16懸梁組合式錨桿 如組合巖塊形成多鉸拱結(jié)構(gòu)不能滿足平衡條件，在有條件 的巷道，可將錨桿穿過滑動(dòng)棱柱體，使其與母巖相連。在小斷面巷道中，可在臨空面跨度的兩端，將錨桿穿過滑動(dòng)棱柱體，使其與母巖相連，因?yàn)榇颂幓瑒?dòng)棱柱體的高度較低，要求錨桿長(zhǎng)度不大，只要兩端基本塊體穩(wěn)定不動(dòng)，就相當(dāng)于減少臨空面跨度，或者說減小可動(dòng)塊體的體積。其余的錨桿雖然沒有和母巖相連接，但也能和不動(dòng)巖塊相連接，從而使巖體穩(wěn)定。 小結(jié) (1)地下巷道工程開挖后，巖體被不連續(xù)面分割為巖塊，依靠本身形成的非連續(xù)殘余塊體或?qū)訝钽q結(jié)巖梁很難有效控制圍巖變形破壞。 東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 (2)對(duì)于破碎 塊狀 圍巖，開挖后的巖體強(qiáng)度等于殘余強(qiáng)度，殘 余強(qiáng)度取決于巖塊嚙合程度，巖體變形主要取決于巖塊移動(dòng)，而不是塊體本身變形。 (3)支護(hù)后所形成的巖梁是塊狀圍巖通過錨桿支護(hù)而構(gòu)成的鉸接梁，梁的支護(hù)力與塊體的鉸結(jié)形成、塊體強(qiáng)度、塊體運(yùn)動(dòng)方向、懸梁的厚度等參數(shù)有關(guān)。 (4)梁的破壞一般表現(xiàn)為梁的中間彎曲破壞和巖梁兩端的剪斷而使塊狀之間沿原節(jié)理裂隙滑移產(chǎn)生垮落破壞。 (5)錨桿支護(hù)的作用在于改善塊體之間的鉸接特征，提高巖梁中巖塊之間鉸接面和接觸塊體的等級(jí)長(zhǎng)度以及提高巖梁塊體的整體穩(wěn)定性和巖梁的彎曲變形能力。 (6)錨桿長(zhǎng)度應(yīng)大于滑動(dòng)棱柱體的高度。 (7)錨桿的間 排距應(yīng)等于或小于塊體長(zhǎng)度和寬度，但當(dāng)組合巖塊能形成自穩(wěn)多鉸拱結(jié)構(gòu)時(shí)，錨桿間排距可以放寬，但必須掛金屬網(wǎng)輔助支護(hù)。 東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 首先分析了錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)體破壞機(jī)理，然后采用巖體變形破壞的最大變形研究方法來確定了支護(hù)結(jié)構(gòu)體破壞警戒值，支護(hù)結(jié)構(gòu)體破壞警戒值對(duì)于錨桿支護(hù)監(jiān)測(cè)具有重要意義。 錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)體破壞機(jī)理分析 錨桿支護(hù)已應(yīng)用于地下工程和采礦業(yè)多年，經(jīng)過國內(nèi)外學(xué)者、工程技術(shù)人員的不懈努力，現(xiàn)己在錨桿支護(hù)理論、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)等方面取得了較 成熟的經(jīng)驗(yàn)，并已廣泛應(yīng)用于采礦業(yè)中，取得了顯著的支護(hù)效果和經(jīng)濟(jì)效果。但在實(shí)際施工過程中，總有錨桿支護(hù)失敗造成錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)體失穩(wěn)現(xiàn)象產(chǎn)生，造成安全事故。 錨桿錨固失效的原因主要是有以下幾種 :錨固劑破裂失效、錨桿與錨固劑的粘結(jié)面破裂失效、錨固劑與巖石的粘結(jié)面破裂失效、錨桿拉斷等。但實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)證明現(xiàn)在常用錨桿在正常情況下其桿體拉斷都早與錨固劑破裂失效、錨桿與錨固劑的粘結(jié)面破裂失效、錨固劑與巖石的粘結(jié)面破裂失效這幾種原因現(xiàn)象發(fā)生前所以以下是在基于錨固劑不會(huì)失效的前提下對(duì)錨桿結(jié)構(gòu)體的破壞進(jìn)行討論。錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)體是由錨 桿及圍巖共同作用形成的一個(gè)結(jié)構(gòu)整體。錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)體破壞 東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）