巖石力學(xué)課后思考題答案-資料下載頁(yè)
2025-06-23 18:33本頁(yè)面
【正文】 條新途徑，即如果從原巖中取回定向的巖石試件，通過(guò)對(duì)加工的不同方向的巖石試件進(jìn)行加載聲發(fā)射試驗(yàn)，測(cè)定凱澤點(diǎn)，即可找出每個(gè)試件以前所受的最大應(yīng)力，并進(jìn)而求出取樣點(diǎn)的原始(歷史)三維應(yīng)力狀態(tài)。何謂凱澤效應(yīng)。材料的應(yīng)力從其歷史最高水平釋放后，再重新加載，當(dāng)應(yīng)力未達(dá)到先前最大應(yīng)力值時(shí)，很少有聲發(fā)射產(chǎn)生，而當(dāng)應(yīng)力達(dá)到和超過(guò)歷史最高水平后，則大量產(chǎn)生聲發(fā)射，這一現(xiàn)象叫做凱澤效應(yīng)。什么是地壓？什么是地壓現(xiàn)象？廣義地壓與狹義地壓的區(qū)別何在？研究地壓對(duì)礦山工程有什么意義？圍巖發(fā)生變形、出現(xiàn)裂隙、斷裂冒落和支架破壞的現(xiàn)象，通常稱地壓現(xiàn)象；因圍巖位移和冒落破壞而作用在支架上的壓力，稱為地壓，也稱狹義地壓。廣義地壓由圍巖(天然形成的地下結(jié)構(gòu)物)與支架(人工構(gòu)筑的地下結(jié)構(gòu)物)兩者共同來(lái)承擔(dān)。它等于同一點(diǎn)上的初始應(yīng)力。巷道無(wú)支護(hù)條件下，廣義地壓——原巖的壓力完全由圍巖所承擔(dān)。研究地壓的意義（1）圍巖應(yīng)力重分布問(wèn)題——計(jì)算重分布應(yīng)力地下開(kāi)挖破壞了巖體原巖應(yīng)力的相對(duì)平衡狀態(tài)，巷道周邊巖體將向開(kāi)挖空間松脹變形，使圍巖中的應(yīng)力產(chǎn)生重分布作用，形成新的應(yīng)力狀態(tài)，稱為重分布應(yīng)力狀態(tài)。（2）圍巖變形與破壞問(wèn)題——計(jì)算位移、確定破壞范圍在重分布應(yīng)力作用下，巷道圍巖將向巷道內(nèi)變形位移。如果圍巖重分布應(yīng)力超過(guò)了巖體的承受能力，圍巖將產(chǎn)生破壞。（3）圍巖壓力問(wèn)題——計(jì)算圍巖壓力圍巖變形破壞將給地下洞室的穩(wěn)定性帶來(lái)危害，因而，需對(duì)圍巖進(jìn)行支護(hù)襯砌，變形破壞的圍巖將對(duì)支襯結(jié)構(gòu)施加一定的荷載，稱為圍巖壓力(或稱山巖壓力、地壓等)。什么是原巖？什么是圍巖？采礦工程中根據(jù)什么來(lái)定義原巖和圍巖？未經(jīng)工程開(kāi)挖（采動(dòng)）擾動(dòng)的巖體，稱為原巖。開(kāi)巷（采動(dòng)）后，初始應(yīng)力發(fā)生顯著化（通常界定為應(yīng)力的變化超過(guò)5％）的區(qū)域，稱為采動(dòng)影響范圍；在此范圍內(nèi)的巖體，通常稱圍巖。此范圍以外則為原巖。說(shuō)明圍巖與支架的共同作用原理，圍巖位移與支架剛度間的關(guān)系，以及支架設(shè)計(jì)的原則。1）開(kāi)挖后立即假設(shè)支架，而且支架為理想絕對(duì)剛性的。于是巷道周邊的位移等于開(kāi)巷后的瞬時(shí)彈性位移ue。支架的工作點(diǎn)為圖中的A點(diǎn)；支架所需提供的支護(hù)反力最大，這就是支架所能承擔(dān)的最大載荷pimax。圍巖承擔(dān)產(chǎn)生瞬時(shí)彈性變形的力ppimax。2）開(kāi)挖后不假設(shè)支架。此時(shí)支架所提供的支護(hù)抗力pb=0，圍巖位移ua=umax。此時(shí)支架的工作點(diǎn)在圖中的B點(diǎn)，即，圍巖承擔(dān)了全部地壓，支架所承擔(dān)的載荷為零。實(shí)際工作點(diǎn)：圍巖位移曲線與支架特性曲線的交點(diǎn)C。支架擔(dān)負(fù)C點(diǎn)以下的壓力pi，圍巖則擔(dān)負(fù)C點(diǎn)以上的壓力(ppi)。廣義地壓是由圍巖和支架共同承擔(dān)的。支架最理想的工作點(diǎn)是B點(diǎn)，即，讓圍巖作為天然的承載體，去承擔(dān)全部地壓，并聽(tīng)任巷道周邊的位移發(fā)展到極限值，umax。D點(diǎn)稱為松脫點(diǎn)。圍巖在周邊位移量達(dá)到某一數(shù)值ud時(shí)，就發(fā)生圍巖松脫、冒落。此時(shí)支架上的壓力，就取決于從圍巖中脫落下來(lái)的巖石的重量，其數(shù)值大小由DEF線來(lái)決定。對(duì)應(yīng)于D點(diǎn)的支架支護(hù)抗力，就是最小支護(hù)抗力pimin。支架的的最佳工作點(diǎn)，應(yīng)該是D點(diǎn)以上，且距D點(diǎn)不遠(yuǎn)的小范圍內(nèi)。這樣，就可以讓圍巖最大限度地承擔(dān)地壓，使支架所擔(dān)負(fù)的壓力為最?。煌瑫r(shí)，又可保證圍巖不產(chǎn)生巖石的局部松脫現(xiàn)象。因此，在支架設(shè)計(jì)中，支架所承擔(dān)的支護(hù)抗力，應(yīng)該滿足： 圍巖位移也應(yīng)滿足：圓形巷道圍巖中的次生應(yīng)力分布有哪些特點(diǎn)？側(cè)壓力系數(shù)對(duì)圍巖應(yīng)力分布以及應(yīng)力集中系數(shù)有什么樣的影響？橢圓形、矩形、直墻拱頂形以及馬蹄形巷道圍巖中應(yīng)力分布有哪些特點(diǎn)？圓形巷道圍巖的彈性應(yīng)力分布：軸對(duì)稱，即，λ=1的情形（1）圍巖中的應(yīng)力大小與巖石的彈性常數(shù)無(wú)關(guān)，與巷道尺寸無(wú)關(guān)，僅與原巖應(yīng)力的大小和距巷道周邊的距離有關(guān)。（2）在巷道周邊，徑向應(yīng)力σr＝0；隨著距離r的增加，σr迅速增大，并在無(wú)限遠(yuǎn)處等于原巖應(yīng)力。σθ則在巷道周邊處等于2p，并隨距離r的增加而迅速減小，在無(wú)限遠(yuǎn)處等于原巖應(yīng)力。（3）巷道周邊的主應(yīng)力差σθ?σr最大，達(dá)2p；隨距離r的增加，σθ?σr的數(shù)值迅速減小。σθ和σr之間有差值存在時(shí)，會(huì)產(chǎn)生的剪應(yīng)力τ=在巷道周邊，差值最大，剪應(yīng)力也最大。這就是說(shuō)，如果圍巖發(fā)生破壞，破壞將總是從巷道周邊開(kāi)始。（4）從理論上說(shuō)，巷道開(kāi)挖所產(chǎn)生的影響范圍為無(wú)窮遠(yuǎn)。即，僅當(dāng)在距離巷道周邊為無(wú)限遠(yuǎn)處，σr和σθ才等于p。但從工程的角度來(lái)考慮，r＝3～5a時(shí)，通常就可以忽略其影響。λ對(duì)巷道周邊的應(yīng)力分布的影響對(duì)于一個(gè)開(kāi)挖于巖體中的圓形巷道，對(duì)巷道穩(wěn)定性最有利的，是λ＝1的情形，因?yàn)榇藭r(shí)圍巖處于均勻受壓狀態(tài)，沒(méi)有拉應(yīng)力出現(xiàn)，而且，巷道周邊各點(diǎn)的應(yīng)力大小都相等，應(yīng)力集中系數(shù)等于2。對(duì)巷道穩(wěn)定性最不利的則是λ＝0（原巖應(yīng)力水平分量為零）的情形，此時(shí)巷道周邊兩幫中點(diǎn)的應(yīng)力集中系數(shù)等于3；頂?shù)装逯悬c(diǎn)則存在著絕對(duì)值等于原巖應(yīng)力p的拉。λ＝∞（原巖應(yīng)力垂直分量為零）的情形，與λ＝0情形相似。應(yīng)力（應(yīng)力集中系數(shù)Κ＝?1）當(dāng)λ的數(shù)值在0和1之間時(shí)，應(yīng)力集中系數(shù)在2和3之間。但當(dāng)λ＜1/3或λ3時(shí)，巷道周邊仍然存在拉應(yīng)力；僅當(dāng)λ的數(shù)值滿足1/3＜λ＜3時(shí)，巷道周邊不再有拉應(yīng)力存在。橢圓形、矩形、直墻拱頂形以及馬蹄形巷道圍巖中應(yīng)力分布橢圓形（1）最佳軸比：（2）巷道軸比的倒數(shù)與側(cè)壓力系數(shù)相等，橢圓形巷道的周邊任意點(diǎn)的應(yīng)力均為數(shù)值相等的壓應(yīng)力，這對(duì)巷道穩(wěn)定性最有利。橢圓形巷道的零應(yīng)力（無(wú)拉力）軸比：（當(dāng)λ1時(shí)）（當(dāng)λ1時(shí)）出現(xiàn)塑性區(qū)后，巷道圍巖應(yīng)力分布發(fā)生了什么變化？塑性區(qū)應(yīng)力分布的主要特點(diǎn)是什么？塑性區(qū)范圍（半徑）由哪些因素決定？在圍巖產(chǎn)生塑性變形（屈服）后，巷道周邊附近出現(xiàn)了一個(gè)塑性區(qū)；深處的圍巖則仍然處于彈性狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)力的分布，可以把巷道圍巖劃分成塑性區(qū)、彈性區(qū)和原巖應(yīng)力區(qū)。與未發(fā)生塑性變形的情形相比，在巷道周邊，塑性區(qū)內(nèi)巖體切向應(yīng)力σθ的數(shù)值較彈性區(qū)降低，并隨；切向應(yīng)力σθ的最大值，從巷道周邊轉(zhuǎn)移到了彈性區(qū)與塑性區(qū)的交界處。在塑性區(qū)內(nèi)，應(yīng)力σθ的數(shù)值從彈塑性區(qū)交界起逐漸降低，在巷道周邊達(dá)到最小值。塑性區(qū)半徑的計(jì)算公式：由上式可知，塑性區(qū)半徑Rp與原巖應(yīng)力p、巖體的強(qiáng)度(C、?值)、支架的支反力pi，以及巷道半徑a有關(guān)。原巖應(yīng)力越大，Rp越大；巖體強(qiáng)度越高，Rp越??；支反力越大，Rp越?。幌锏腊霃皆酱?，Rp越大。什么是普氏堅(jiān)固性系數(shù)？普氏地壓公式、秦氏公式和太沙基公式的出發(fā)點(diǎn)和適用條件各是什么？普氏堅(jiān)固性系數(shù)，為巖石試塊的單向抗壓強(qiáng)度。普氏理論適用于頂板巖石穩(wěn)定性較差，但側(cè)幫穩(wěn)定性較好，側(cè)幫不發(fā)生破壞的情況。秦氏公式用于頂板巖石穩(wěn)定性和側(cè)幫巖體的穩(wěn)定性均較差的情況。太沙基（K.Terzaghi）理論也將巖體視為具有一定內(nèi)聚力的松散體。但對(duì)支架上受力的原因，則認(rèn)為是上覆巖層重量向下傳遞引起的。圍巖與支架的相互作用關(guān)系。(1)圍巖壓力pi與支護(hù)抗力pa大小相等，方向相反。即：(2)圍巖與支架的變形協(xié)調(diào)。支架位移量等于開(kāi)挖后巷道周邊的位移減去支護(hù)前巷道圍巖的位移。即：式中，ub為支架的位移；ua為圍巖的位移；Δu0為支架假設(shè)前圍巖已發(fā)生的位移。(3)圍巖壓力位移方程：式中，u0為巷道開(kāi)挖前，圍巖在原巖應(yīng)力的作用下產(chǎn)生的位移。(4)支架特性曲線：u支架的變形量ub與圍巖作用在支架上的壓力pa成正比關(guān)系。
法律信息相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1