巖石局部化變形與巷道圍巖分岔失穩(wěn)機(jī)理研究.pdf

1、隨著礦井開采深度的不斷增加，深井高地壓、軟巖、大變形巷道的失穩(wěn)機(jī)理及控制技術(shù)仍然是地下開采的關(guān)鍵問題。煤巖系統(tǒng)是高度非線性的復(fù)雜大系統(tǒng)，巷道穩(wěn)定性非常敏感地取決于其變形的程度，當(dāng)巷道圍巖變形超過變形臨界點(diǎn)時，系統(tǒng)存在著失穩(wěn)與破壞的多樣性和非唯一性。用分岔理論來研究圍巖再變形、再破壞的力學(xué)過程和物理本質(zhì)，研究允許圍巖破壞但限制其變形發(fā)展的穩(wěn)定性條件是具有重要理論意義和實(shí)用價值的。
　　由于圍巖的破壞是巷道失穩(wěn)的必要條件，首先研究巖石

2、材料在受載時，局部化變形的啟動與發(fā)展。在力學(xué)試驗(yàn)中，巖石局部化變形可分為連續(xù)分岔、不連續(xù)分岔、應(yīng)變梯度穩(wěn)定增長和應(yīng)變梯度快速增長四個階段?；诳紤]非共軸理論的巖石本構(gòu)模型，利用非連續(xù)分岔準(zhǔn)則，得出局部化變形的啟動條件和剪切帶起始方位角。局部化剪切帶與第二主應(yīng)力平行，法向量與第一主應(yīng)力夾角余弦的平方隨泊松比的增大而增加，與非共軸塑性應(yīng)變率的塑性切線剛度模量呈雙曲線關(guān)系?；诮y(tǒng)一理論分析得強(qiáng)度準(zhǔn)則對于巖石彈塑性非連續(xù)分岔特性有很大影響。

3、r>　　利用ANASYS有限元模擬軟件，模擬巖石局部化初始剪切帶。分別對試件從高度、寬度、尺寸三個方面來研究巖石局部化變形的尺寸效應(yīng)，得出隨著試件高度、寬度和尺寸的增加，剪切帶圖案和傾角都有增加的趨勢，巖體試件脆性也隨之增強(qiáng)。隨著圍壓的增加，初始剪切帶的影響范圍逐漸變小，巖塊逐漸由脆性向韌性轉(zhuǎn)變。端面摩擦條件對剪切帶的形成有較大的影響，在試件的端部易產(chǎn)生剪切帶。
　　圍巖在巷道開挖卸載過程中，發(fā)生局部化變形，導(dǎo)致圍巖剪切破壞，引起