非连续结构对围岩的稳定分析研究

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1、目录1绪论11.1课题研究背景与意义11.2国内外研究现状11.3相关围岩巷道稳定性的研究方法31.4本文主要研究内容与方法42巷道围岩稳定性分析的理论基础62.1岩体的基本性质62.2围岩稳定性分析的弹性理论92.3断裂力学围岩稳定性分析的应用123.非连续结构面围岩稳定性的数值模拟163.1岩土工程问题的数值模拟软件163.2非连续结构面围岩稳定性分析的数值计算模型及计算方案163.3非连续结构面高度对巷道围岩稳定性的影响183.3.1巷道围岩的变形规律183.3.2巷道围岩的应力分布规律213.4非连续结构面尺寸对巷道围岩稳定性的影响243.4.1巷道围岩的变形规律243.4.2

2、巷道围岩的应力分布规律263.5非连续结构面角度对巷道稳定性的影响283.5.1巷道围岩的变形规律283.5.2巷道围岩的应力分布规律303.6岩石性质变化非连续结构面对巷道稳定性的影响323.6.1巷道围岩的变形规律323.6.2巷道围岩的应力分布规律343.7断面间摩擦系数变化对围岩稳定性的影响363.7.1巷道围岩的变形规律363.7.2巷道围岩的应力分布规律384.单一裂隙巷道围岩稳定性的数值分析414.1单一裂隙巷道围岩稳定性的数值计算模型及计算方案414.2裂隙位置对巷道围岩稳定性的影响414.3裂隙方位对巷道围岩稳定性的影响444.3.1拱脚处裂隙方位的变化对围岩稳定性的

3、影响444.3.2拱部径向45°裂隙方位的变化对围岩稳定性的影响475主要结论50参考文献51翻译部分52致谢781绪论1.1课题研究背景与意义煤炭是我国的主题能源，在我国能源生产和消费结构中，煤炭资源占到了一半以上。目前，世界煤炭可采储量约为9000多亿吨，按照目前的全球生产能力，煤炭资源尚可开采不到200年，而石油大约开采不到50年，天然气大约可以开采约50多年。若按同等热值计算，燃用天然气、石油的运行成本比燃用动力煤成本大得多。近年来，全球经济迅猛增长，石油及天然气价格明显上涨，导致全球煤炭需求增长趋势越来越明显，价格逐步攀升。国内煤炭需求也旺盛。近年来我国国民经济持续快速发展，

4、电力、冶金、建材、化工等行业的高速发展导致了对煤炭需求的大幅度增加。为了开采煤炭，挖掘巷道是所有采矿工程的第一步。从地表向地下开掘的各类通道和硐室都称为巷道。因为预防和控制煤矿事故的发生是我国煤矿安全生产工作的中心，煤炭安全开采是煤炭工业健康发展的前提和保证，所以建设安全的巷道更是煤炭开采的核心。然而实际工程中巷道围岩的性质并非连续、均匀的，巷道围岩中存在着许多或大或小的裂隙群，在外部环境影响下，裂隙进一步扩展直至贯通，使围岩产生不同程度的破坏，从而影响巷道围岩的稳定性，从而也会影响到煤炭开采工作的安全进行。因此研究巷道围岩稳定性的力学机理与影响因素，探讨其定性定量的规律，对工程实际具

5、有重要的指导作用。1.2国内外研究现状(1)围岩稳定性研究发展历史巷道围岩稳定性分析是围岩稳定性进行全面评价的基本方法的其中之一，也是地下工程设计中必然进行的基础，也是矿山建设投资的重要依据，是进行科学管理与评价经济效益的工具，巷道围岩稳定性分析发展，归纳起来可认为经历了以下四个阶段：经验判定阶段：在巷道围岩稳定性研究的初期，由于对岩体的理论基础和破坏因素认识不足，局限于研究人员的实践经验,严重依赖某单一因素的定性判定阶段。专家评分阶段：到20世纪70年代，对围岩的破坏的理论基础有了加深的认识，对围岩稳定性的影响因素从单一因素到多因素、多指标发展，同时对稳定性的评价在定性的基础上进行了

6、量化，对定性指标采取专家的建议[3]。数学分析阶段：近20年来，围岩分析融合了诸多因素、多指标，进行定量评价与定性指标量化评价相结合，对岩体的理论基础和不确定性加深了的认识，在数学上，模糊数学、灰色理论等数学工具的出现，也为岩体的不确定性带来了新的解决问题的方法，对围岩稳定性的评价开始与数学工具相结合[3]。智能分类阶段：随着对岩体不确定性加深了认识，发现在传统认识岩体性质的基础上，对岩体的认识难以加深，而在20世纪的80年代末，人工智能技术的迅速发展，同时现代的控制理论、信息学、系统工程等学科的发展对岩体力学的发展带来了新的认知方法，运用专辑系统、神经网络等现代智能技术手段在围岩稳定

7、性分类上，对岩体的不确定性进行运算分析[3]。(2)地下工程围岩稳定性研究的现状岩体结构面被定义为不连续面，主要分为以下几种情况：非连续结构面、软弱层面、节理、软弱片理和软弱带等各种力学成因的破裂面和破裂带等[3]。对岩体结构面的定量描述是复杂的课题，大致包括了两个方面：(1)实际现场收集的定量、半定量的资料[3]。利用数理统计提取结构面的有关参数。其中第二个内容目前主要包括两个步骤:一是用统计方法对岩体结构面参数进行定量化描述和分析；第二是用