块体理论赤平解析法的节理裂隙岩体破坏预测分析.pdf

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1、第zO卷第3期中国矿业Vo1．20．NO．32011年3月CHINAMININGMAGAZINEMar．2011．采选技术n㈨块体理论赤平解析法的节理裂隙岩体一破一一坏一预～一测分一析～一mn：一h一u一．一lJK～Ⅲe一_茎e一_誊啪～_一k～耋n吴豪伟，蔡美峰(北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083)摘要：杏山铁矿区域的节理裂隙比较发育，且具有F。断层等大构造，分析巷道开挖围岩稳定性非常必要。在区域工程地质条件和结构面调查研究基础上，运用块体理论赤平解析法分析了巷道开挖面在F断层、优势节理面J和J。的影响

2、下形成的可动块体，并对可动块体的滑动形式进行了研究。可动块体及滑动形式的研究，为巷道围岩失稳预测及其支护提供了理论依据。关键词：块体理论赤平解析法；可动块体；滑动形式；失稳预测中图分类号：TU457文献标识码：A文章编号：1004—4051(2Ol1)O3()(]57一O4Analysisonpredictionoffailureoffracturedrockmassbystereo—analyticalmethodbasedOilblocktheoryWUHao—wei，CAIMei—feng一-三～一～e一～(一～

3、一o，一¨～m一C一i一～咖o)～n一叭0一～Imp曙一(SchoolofCivilandEnvironmentEngineer，UniversityofScienceandTechnologyBeijing，Beijing100083，China)在地下开采、隧洞、地下厂房及边坡等工程用赤平投影法分析空间结构面之间和临空面的相中，由于断层、褶皱和节理裂隙的存在，在开挖互依存关系，从而分析岩体的稳定性。过程中往往很容易引起塌方等地质灾害。如何防1工程地质条件止塌方且能通过建立数值模型等方法对塌陷灾害工程区域属燕山支脉南

4、麓，低山丘陵地貌。进行预测，并作为设计和施工的理论依据，是研区域内最高标高+415．1m，属水佛峙山峰最高。究岩体稳定性经常碰到而又非常棘手急需解决的区内总体地势为西北、西南高，南东低。矿区主难点之一l】-。]。在国内外，大多数学者将岩体简化要为被F。断层破坏的向斜构造。向斜枢纽总体为连续介质，建立连续性本构方程进行研究岩体走向35O。，向南倾伏，倾伏角4O。左右，轴面倾的稳定性，这对研究节理裂隙发育的岩体存有很向SW，倾角75。左右：向斜东翼倾向SW，倾角大的局限性]。本文运用石根华提出的块体理论，50～56。；西翼

5、倾向SEE；倾角60～65。。向斜北研究被诸多软弱结构面相互作用形成的岩体，运部仰起端及西翼受旋纽断层F。的破坏，使向斜形态变得不够完整。F。断层：走向2O～5O。，倾收稿日期：2010—12—17向Nw，倾角83。；走向长500m，宽8～10m，基金项目：国家“十一五”科技支撑计划“露天转地下相互协调倾向延伸可达700～800m，属正断层。F。断层将安全高效开采关键技术研究(编号：2006BAB02A17)矿床分割为大杏山和小杏山两部分。结构面剖面作者简介：吴豪伟(1977一)，男，河南遂平人，北京科技大学土木与环境

6、工程学院，岩土工程博士研究生。图见图1。58中国矿业第2O卷张开{{2块体理论赤面椰平解析法湎理论2．1理论的基本假设J块体理论赤平解析法，是将块体理论的矢量北法和赤平投影的方法相结合，将有限块体结构面f型做为一个整体研究，充分而有机扩大了块体理论的适用范围。针对含弱结构面的巷道开挖，采用撇脚渤渤块体理论赤平解析法对岩体稳定进行研究时，具有如下简化[4]：①结构O姗面0m具有)确)定O的)宏观表征产状，可由现割场地质测量或通过一定的计算手段获得；②结构面贯穿所研究的岩体，将岩体切割成独立的块体，图1区域构造关系示意图并

7、不考虑块体岩石本身的强度破坏；③所有的块体均假定为刚体，即不计及块体的变形和畸变；根据地质调查，矿区主要发育2组优势节理裂④岩体的失稳是指岩体在上覆自重、开挖释放力隙结构面，表1为结构面与开挖面产状的基本参荷载和其它工程外力作用下，沿结构面滑移或塌数，开挖面的基本示意图见图2。落以及转动。表1结构面产状及开挖面方位2．2巷道开挖围岩稳定性计算本文以F。断层、J和Jz节理裂隙和开挖面为研究对象进行研究计算。运用块体理论赤平解析法分析岩体开挖的稳定性，主要有如下几个步骤：2．2．1计算赤平投影圆交点坐标已知2个平面P、P，

8、的产状分别是(，，B)、(a，，&)(其中a为倾角，为倾向)。根据赤平投影理论，两个结构面的平面投影圆交点坐标方程以R一1的圆为参考圆进行计算，处于参考圆区域内的点为正交点，否则为负交点。2个赤平投影解析方程见式(1)，各个交点坐标见表2。r(x-Rtanasi)。+(y-RtanaCO)一R。／cos。啦J(x-Rtanajsi