不同水平应力下深部回采巷道围岩变形破坏特征

基础工程设计Ｉ　脚Ｍｅ　５　ｏｆ如Ｇｒｏｕｎｄｌ　不同水平应力下深部回采巷道围岩变形破坏特征　ＦａｉｌｕｒｅＦｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆＳｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇＲｏｃｋｉｎＤｅｅｐＭｉｎｉｎｇＧａｔｅｗａｙＵｎｄｅｒＤｉｆｅｒｅｎｔ　Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　Ｓｔｒｅｓｓ　杨睿　（山东科技大学土木工程与建筑学院，山东青岛２６６５９０）　ＹＡＮＧＲｕｉ　（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６５９０，Ｃｈｉｎａ）　【摘　要】采用ＵＤＥＣ离散元程序，对不同水平应力埋深下的深部回采巷道围岩变形特征进行了分析。结果表明：侧向系数相同　时，随巷道埋深逐渐增大，围岩塑性区范围及变形量都逐渐增大，但围岩塑性区在增长过程中存在突增现象，而巷道围岩变形量　基本呈线性增长；当水平应力较大时，巷道围岩塑性区在垂直方向的发育范围较水平方向的范围大，需加强巷道顶板及底板的支　护；当水平应力较小时，巷道围岩塑性区在水平方向的发育范围较垂直方向的范围大，需加强巷道两帮支护。　【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｉｔｃｓ　ｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｏｆｄｅｅｐ　ｍｉｎｉｎｇ　ｒｏａｄｗａｙ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｓｔｒｅｓｓ　ｄｅｐｔｈａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇＵＤＥＣｄｉｓｃｒｅｔｅｅｌｅｍｅｎｔｐｒｏｇｒａｍ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｗｉｈｔｔｈｅｓａｍｅｌａｔｅｒａｌｃｏｅｆｉｆｃｉｅｎｔ，ｔｈｅｐｌａｓｔｉｃ　ｚｏｎｅ　ｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｎａｄ　ｈｔｅ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｇｒａｄｕａｌｌｙ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆｔｈｅ　ｄｅｐｔｈ　ｏｆｔｈｅ　ｔｕｎｎｅ１．Ｔｈｅ　ｐｌａｓｔｉｃ　ｚｏｎｅ　ｏｆｔｈｅ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｇｒｏｗｔｈ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｅｘｉｓｔｓ　ｓｕｒｇｅ　ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ，ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋｉｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｉｎｅａｒｌｙ．Ｗｈｅｎｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｓｔｒｅｓｓｉｓｌａｒｇｅ，ｔｈｅｐｌａｓｔｉｃ　ｚｏｎｅ　ｏｆｒｏａｄｗａｙ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋｉｓ　ｌｒａｇｅｒｔｈａｎｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｉｎｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｏｆｔｈｅｒｏｏｆａｎｄｆｌｏｏｒｓｈｏｕｌｄｂｅ　ｓ￣ｅｎｇｔｈｅｎｅｄ．Ｗｈｅｎ　ｈｔｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｓｔｒｅｓｓｉｓ　ｓｍａｌｌ，ｔｈｅｐｌａｓｔｉｃｚｏｎｅｏｆｒｏａｄｗａｙｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｉｓｌｒａｇｅｒｔｈａｎｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｉｎｔｈｅｈｏｒｉｏｚｎｔａｌ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｂｏｔｈｓｉｄｅｓｎｅｅｄｔｏｂｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ．　【关键词】水平应力；深部；巷道；ＵＤＥＣ；塑性区　【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｓｔｒｅｓｓ；ｄｅｅｐ；ｒｏａｄｗａｙ；ＵＤＥＣ；ｐｌａｓｔｉｃｚｏｎｅ　【中图分类号】ＴＤ３１３＋．１　【文献标志码ＩＡ　【文章编号】１００７．９４６７（２０１６）０８．００７１．０３　［ＤＯＩ］１０．１３６１６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｃｊｓｙｓｊ．２０１６．０８．０１５　１引言　别是在构造影响强烈的地区，围岩压力的增大不仅表现在垂　直应力的增加上，更表现在水平应力的增加上，较大的水平构　地应力是引起地下工程围岩破坏的根本因素，初始地应　造应力往往大于自重应力　。关于水平应力对巷道围岩稳定性　力场的研究更是地下结构稳定性研究的前提和必要条件。长　的影响，国内外的研究表明，巷道顶底板破坏的主要因素是水　期以来，人们只注重自重应力及其引起的支承压力对巷道围　平应力而不是垂直应力【５￣７】。许多学者利用相似模拟和数值模　岩稳定性的影响，而由构造应力引起巷道破坏的机理也不是　拟的方法，对水平应力下巷道围岩变形破坏特征也做了许多　很清楚【　３】。随着开采深度的增加，造成采场矿压显现剧烈，特　研究。勾攀峰等唧通过相似模拟试验和数值模拟的方法，研究　了不同水平应力作用下锚杆支护以及无支护条件下巷道围岩　【作者简介】杨睿（１９９５一），男，山东泰安人，助理讲师，从事岩土工　变形破坏特征；靖洪文　等对水平应力软岩巷道破坏机理进行　程研究，（电子信箱）ｙａｎｇｒｕｉｓｄｕｓｔ＠ｌ６３．ｃｏｒｎ。　了研究。　７】　Ｉ工程建设与设计　ｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ＆Ｄｅｓ　ＦｏｒＰｒ　ｅ　不同水平应力下巷道围岩变形破坏特征的研究方面虽取　得了许多成果，但对不同水平应力下深部回采巷道顶底板及　侧帮塑性区演化规律和围岩变形特征方面的研究还不够完　善，基于此，本文选用ＵＤＥＣ离散元程序，对不同水平应力作　用下深部回采巷道围岩塑性区演化规律及其变形量进行分　析。　２数值试验设计　以山东西南部某矿运输Ｊ顷槽为工程背景，巷道断面为矩　形，根据采矿地质条件，围岩弹性模量为７．２ＧＰａ，容重为２５　ｋＮ／ｍ３，黏聚力为２．２ＭＰａ，泊松比为０．２８，抗拉强度为１．３ＭＰａ，　内摩擦角为３８ｏ；模型的长×高＝２０ｍｘ２０ｍ，限制底部的位移，　上表面施加载荷，侧面采用应力边界，采用摩尔一库伦破坏准　则。试验设计方案如表１所示。　表１试验方案设计　不同深度影响　不同侧压系数影响　埋深ｈ／ｍ　侧压系数　埋深ｈ／ｍ　侧压系数　３不同深度巷道围岩变形破坏特征　对侧压系数相同、埋深不同的巷道进行开挖计算，围岩塑　性区分布如图１所示。不同深度下巷道围岩塑性区最大范围　及围岩变形量最大值如表２所示。根据表２数据得到巷道围　岩塑性区及变形量最大值的变化曲线如图２、图３所示。　ｃ　１　０００ｍ　ｄ　１　１００ｍ　７２　ｅ　１　２００ｍ　ｆ　１　３００ｍ　图１不同深度巷道围岩塑性区分布　表２不同埋深巷道塑性区范围及围岩变形量　根据计算结果可知，随巷道埋深的逐渐增大，围岩塑性区　范围及变形量都逐渐　赶，但塑Ｉ岖范围与变形量的增加形式　不同。巷道埋深小于１　０００ｍ时，围岩塑性区范围稳步增长，埋　深从１　０００ｍ增加到１　１００ｍ时，２　１　Ⅲ／吸　凶掣剥　ｌ　ｌ　１　１　Ｏ　塑性区范围突然增大，８　６　４　２　特别是　０　巷道侧帮的塑性范围，其突增程度比顶底板更为明显，埋深大　于１　１００后，塑『生区范围又趋于稳步增长；与塑性区范围变化曲　线不同，巷道围　量曲线随着埋深的增大基本成线性增长。　８００　９００　ｌ０００　１１Ｏ０　１２００　１３００　深度／ｍ　图２　不同埋深巷道塑性区范围最大值　５０　４０　ｏ　咖　装ｚｏ　１０　Ｏ　８００　９００　１０００　１１００　１２００　１３００　深度『ｍ　图３　不同埋深巷围岩变形量最大值　对比巷道顶板、底板及侧帮塑性区范围及变形量曲线可　以发现，不同巷道埋深下，顶板的塑性区范围及围岩变形量比　底板、侧帮都要大，表明巷道围岩最难控制的区域为其顶板；　此外，巷道底板塑性区范围要大于侧帮，底板与侧帮的围岩变　形量则无明显的差别，变化规律一致。　４不同侧压次数巷道围岩变形破坏特征　对侧压系数不同、埋深相同的巷道进行开挖计算，围岩塑　性区分布如图４所示。不同深度下，巷道围岩塑性区最大范围　及围岩变形量最大值如表３所示。根据表１数据，得到巷道围　岩塑性区及变形量最大值的变化曲线，如图５、图６所示。　ａ　０．４　ｂ　０．７　ｌ一酥ｌ耋　ｏ　１．０　ｄ　１．３　图４不同侧压系数巷道围压塑性区分布　表３不同侧压系数巷道塑性区范围及围岩变形量　由表３可知，Ａ＜Ｉ时，随着侧压系数的降低，塑性区范围　在水平方向上的呈递增趋势，在垂直方向上面呈递减的趋势，　２．Ｏ　擦　凶　剥１．２　ｏ．４　ｏ．７　１．ｏ　１．３　１．６　１．９　深度／ｍ　图５不同埋深巷道塑性区范围最大值　姜４０　要　曼，ｏ　２０　ｏ．４　ｏ．７　１．ｏ　Ｉ．）　Ｉ．６　ｌ＿９　深度，ｍ　图６不同埋深巷道围岩变形量最大值　塑性区分布呈现扁平状；Ａ＝１时，巷道围岩处于均压状态，围　岩塑性区在巷道四周分布基本均匀，各方向塑性区分布相差　不大；Ａ＞ｌ时，随侧压系数的增大，在垂直方向上，塑性区的范　围呈递增趋势，在水平方向上塑性区则成递减趋势，但递减幅　度较低，然而巷道围岩整体的塑性区范围呈现出明显的增大　趋势，分布形状呈瘦高型。　与塑性区的分布规律不同，巷道围岩变形量随侧压系数　的±曾力日而增加，并且顶板围岩变形量始终大于底板及侧帮围　岩的变形量。　综合分析可知，侧压系数对巷道围岩塑性区分布影响规　律为：当水平应力较大时，巷道围岩塑性区在垂直方向的发育　范围较水平方向的范围大，故需加强巷道顶板及底板的支护，　尽量减少垂直方向上的塑性区的分布范围，降低巷道顶底板　的变形量；当水平应力较小时，巷道围岩塑性区在水平方向　的发育范围较垂直方向的范围大，故需加强巷道两帮支　护，尽量减少水平方向上塑性区的分布，降低巷道两帮　的变形量。　（下转第７６页）　７３　且最后两击夯沉量平均不大于５ｃｍ；满夯能级为１　５００ｋＮ·ｍ，　每点一次连续夯，低锤满夯不小于４击，锤印搭接１／３。强夯后　渍土地基的盐胀性系指整平地面以下２ｍ深度范围内土的盐　胀性。”本工程地下１层，埋深远大于２ｍ，故设计中不考虑盐　渍土的盐胀性影响。但如果将盐渍土作为回填土时，应考虑其　盐胀性对建筑地坪及散水的影响。　消除湿陷深度为６ｍ。　强夯施工中严格遵守《建筑地基处理技术规范）（ＪＯＪ　７９—２ｏ０２）、《湿陷性黄土地区建筑规范》（ＧＢ５００２５－－２００４）、　《盐渍土地区建筑规范）（ＳＹ／Ｔ０３１７－－１９９７）中有关要求［５ｊ。　４）盐渍土地区，不仅要消除其溶陷性，还要对其腐蚀性加　以重视。需根据《岩土工程报告》所判定的腐蚀等级，针对不同　的介质，采取相应的措施，对混凝土及钢筋混凝土中的钢筋做　好防腐处理。　６强夯检测　强夯处理后的地基承载力检测在强夯施工结束２０天后　进行。地基承载力特征值通过现场载荷试验确定，载荷试验检　测点不应少于３点，原位测试和室内土工试验按５００ｍ：一个　检测点布置　。经检测，各项参数指标均满足设计要求。　８结语　本文通过以山西省运城市中心医院新院的医疗综合楼为　例，着重介绍强夯法处理盐渍土地基的设计与施工，处理后地　基土的各项指标均满足设计要求。该工程于２００６年初设计完　７盐渍土地区地基设计的几点注意事项　１）在实际设计工作中，遇到盐渍土场地的情况相对较少，　故可参考的经验也不多。由于盐渍土浸水后，溶陷发展较黄土　快，危害性也较大，因此，在设计中更应该加以重视，对于未处　理的剩余湿陷量控制应严于湿陷性黄土。　２）由于粉土或粉质黏土浸水后，产生的溶陷和湿陷是不　易区分的。所以，在本工程的勘察报告中，仅评价场地的总湿　陷量和湿陷等级，而不判定溶陷等级。　３）《盐渍土地区建筑规范））（ＳＹｆｒ　ｏ３ｌ７—１９９７）规定：“盐　（上接第７３页）　成，２０１０年竣工交付使用，至今使用状况良好。幽　【参考文献】　【１】ＧＢ　５００２１－２００１岩土工程勘察规范［ｓ】．　【２】ＳＹ／Ｔ０３１７—１９９７盐渍土地区建筑规范［ｓ】．　【３】ＧＢ　５００２５－－２００４湿陷性黄土地区建筑规范［ｓ］．　【４］ＪＧＪ７９－－２００２建筑地基处理技术规范［ｓ】．　【５】陈仲颐，叶书麟．基础工程学［Ｍ】．北京：中国童筑工业出版社，１９９０．　【收稿日期］２０１６．０６．１８　【３】ＺＨＡＯＣ，ＨＥＢＢＬＥＷＨＩＴＥＢ，ＧＡＬＶＩＮＪ．Ａｎａｌｙｔｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｓｆｏｒ　ｍｉｎｉｎｇｉｎｄｕｃｅｄｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｓｔｒｅｓｓｉｎｆｌｏｏｒｓｏｆｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｐａｎｅｌｓ［Ｊ］．　ＣｏｍｐｕｔｅｒＭｅｔｈｏｄｓｉｎＡｐｐｌｉｅｄＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０００，１８４　５结论　１）侧向系数相同时，随巷道埋深的逐渐增大，围岩塑性区　范围及变形量都逐渐增大，但塑性区范围与变形量的增加形　式不同，围岩塑性区在增长过程中存在突增现象，而巷道围岩　变形量基本呈线性增长。　（１）：１２５—１４２．　【４】李学华，姚强岭，张农，等高水平应力跨采巷道围岩稳定Ｉ生模拟研究　［Ｊ】．采矿与安全工程学报，２００８，２５（４）：４２０—４２５．　【５】乔卫国，宋伟杰，林登阁，等．深部高应力巷道围岩力学特征及稳定性　２）当水平应力较大时，巷道围岩塑｝生区在垂直方向的发　育范围较水平方向的范围大，塑｝生区分布呈瘦高型，需加强巷　道顶板及底板的支护，降低巷道顶底板围岩塑性区范围及变　形量；当水平应力较小时，巷道围岩塑性区在水平方向的发育　控制技术［Ｊ】．中国矿业，２０１５，２４（８）：９２—９５＋１００．　【６】任志成，杨胜利，孔德中．深部巷道围岩变形与破坏特征［Ｊ］．煤矿安　全，２０１４，４５（８）：２２４—２２７．　【７】钱鸣高，石平五．矿山压力与岩层控制【Ｍ】．徐州：中国矿业大学出　版社，２００３．　范围较垂直方向的范围大，需加强巷道两帮支护，降低巷道两　帮围岩塑性区范围及变形量。　【参考文献】　【１】何满潮，谢和平，彭苏萍，等．深部开采岩体力学研究［Ｊ】＿岩石力学与　工程学报，２００５，２４（１６）：２８０３—２８　１３．　【８】勾攀峰，韦四江，张盛．不同水平应力对巷道稳定性的模拟研究［Ｊ］．　采矿与安全工程学报，２０１０，２７（２）：１４３－１４８．　【９】王文龙，靖洪文，杨大林．高水平应力软岩巷道破坏机理分析及对策　［Ｊ］．煤矿安全，２０１０（９）：１２９—１３２．　【２】孑Ｌ德森，蒋金泉．深部巷道在构造应力场中稳定『生分析［Ｊ］矿山压力　与顶板管理，２０００，１７（４）：５６—５８．　７６　【收稿Ｅｔ期］２０ｔ６。０４．１６