复杂应力下软岩等效蠕变损伤模型及大变形规律研究
作者：
孙闯, 王伟州, 王来贵, 陈东旭, 白艺冰
作者单位：
1.辽宁工程技术大学 鄂尔多斯研究院, 内蒙古 鄂尔多斯 017000
2.辽宁工程技术大学 土木工程学院, 辽宁 阜新 123000
3.辽宁工程技术大学 力学与工程学院, 辽宁 阜新 123000
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摘要
软岩巷道在长期载荷作用下易发生蠕变损伤, 影响其稳定性。通过现场勘查及室内试验分析巷道软弱围岩力学及蠕变特性, 构建软岩非线性蠕变损伤模型, 并通过UDEC数值计算验证其合理性, 研究分析了软岩巷道变形的时效规律, 在现有支护的基础上提出了优化支护方案, 并应用于现场工程。研究表明: 巷道围岩蠕变试验中蠕变速率和变形量随应力增加而提升, 且稳态蠕变的过渡时间延长; 采用UDEC软件数值求解蠕变损伤模型, 通过数值计算得到软岩加速蠕变曲线与试验曲线吻合, 验证了模型的可靠性; 蠕变导致围岩变形与裂隙范围不断扩大, 暴露出现有支护系统的不足; 优化方案通过增加并加长锚杆同时引入预应力, 增强了支护系统的协同控制能力与稳定性。深入研究软岩蠕变损伤特性及其时间演化规律对于优化支护与保障工程安全具有重要意义。
图片
图 1 煤岩分层柱状图
图 2 某煤矿采区集中轨道巷变形及其断层示意
图 3 泥岩试样与三轴压缩应力状态
图 4 泥岩三轴压缩偏应力–应变曲线
图 5 单轴蠕变试验及Burgers拟合曲线
图 6 泥岩应力–应变关系简化曲线
图 7 软岩非线性蠕变损伤模型
图 8 软岩岩样应力–应变曲线演化
图 9 模型验证及边界条件
图 10 非线性蠕变模型的数值计算流程
图 11 稳态蠕变曲线
图 12 加速蠕变曲线
图 13 1–1剖面岩层及剖面离散元精细化数值模型
图 14 巷道洞壁测点位移随时间变化曲线
图 15 不同蠕变时长巷道围岩裂隙分布
图 16 优化支护巷道位移–时间曲线
图 17 优化支护条件下不同时间的巷道围岩裂隙分布
图 18 现场巷道围岩变形监测曲线
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