地下结构支护方案的数值模拟验证

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1、广东建材2011年第7期研究与探讨地下结构支护方案的数值模拟验证李微(东莞电力设计院)摘要：随着地下工程的增多，很多地下工程的支护设计成为工程建设中的难点，这主要是因为地下岩体应力情况复杂，目前国内外地下岩土结构领域的各类规范尚不成熟，很多岩体结构支护设计都是因为初期对地下岩体应力情况估计不足，所做设计方案不能满足实际工程的需要而不得不拆掉重做。本文以山西段王矿地下巷道锚杆支护方案为研究对象，研究数值模拟在地下岩体工程支护设计领域的辅助验证作用，其流程是：依据地质勘测报告建立准确反映实际地质构造特点的数值模型，在设计方案实施之前，先将其施加到数值

2、模型中进行计算，预估该方案的作用效果；再通过现有的支护设计理论进行解析解核算，以确保数值模拟数据的准确。关键词：岩体结构；数值模拟；锚杆支护；FLAC3D随着国民经济的发展，地铁、公路隧道建设，煤炭矿本文以山西段王矿地下巷道锚杆支护方案为研究对象，产资源的开采等项目日益增多，我国的地下建设工程呈分别探讨采用数值模拟和解析解两种方法，来验证新旧现蓬勃发展的趋势。随着岩体中建设工程的增多，地下方案的详细支护效果。岩体结构的支护问题也凸显出来，很多地下工程的支护1工程实例介绍设计成为工程建设中的难点，这主要是因为地下岩体应选取段王矿090409工作面尾

3、巷，井下标高力情况复杂，目前国内外地下岩土结构领域的各类规范807．462-838．067m，巷道为矩形净宽4．2m，净高3．0m，尚不成熟，岩体的支护设计并没有十分完善的标准作为根据(090409工作面掘进作业规程》，尾巷的锚杆采用参照，很多岩体结构支护设计都是因为初期对地下岩体18X2000mm螺纹钢锚杆，锚索采用15．24mm×应力情况估计不足，提出的设计方案不能满足实际工程6800mm的钢铰线制作(张拉预应力120KN)，原有支护布的需要，甚至造成人员伤亡，而不得不拆掉重做。因此，置方案如表1，新支护布置方案如表2。为了避免二次支护造成的

4、人员和经济损失，研究探讨地下岩体结构支护设计方案的事前验证方法就十分必要。2数值模拟验证同理可得出：表2ABCBB-Cl—CBhL=-~02u+QTQu+(式7)3K11100在形式上与连续均匀泄流公式(3)一致0。90．9030．90250．00050．000550．8O．8130．8100．0030．00369应用近似公式hL=L(u_)0．7O．730．72250．0075O．O1厶／～O．60．6530．64O．O13O．0199在形式上与连续均匀泄流公式(2)一致O．50．5830．56250．02050．0352设：Qu：XQT由此可

5、见，计算中应用近似公式：令：A=XhL[QU+QT一)B：1(x+x+1)2c：1(1+x)hL=LkK~Q2u+QQu+Q：)3列表比较如表2：公式在流量相差l倍的情况下，误差亦不超过5％。能起到简便、快捷、易记和足够的精度的计算作用。●一161—研究与探讨广东建材2011年第7期表1090409尾巷原有锚杆布置参数锚杆顶部1间距(m)l0．95排距(m)1．0两帮f间距(m)f1．0排距(m)1．O锚索顶部l间距(m)12．0排距(m)3．O_一表2090409尾巷新锚杆布置参数锚杆项部间距(m)0．8排距(m)1．0两帮间距(m)O．7排距

6、(m)1．O锚索顶部间距(m)1．O排距(m)2．02．1数值模型的建立依据现场岩体地质报告表(表3所示为部分报告表)，用FLAC3D建立数值模型如图l。分别计算两种支护方案情况下，开挖煤层对巷道岩体产生的扰动影响。袁3090409工作面顶底板情况类别分项主要岩石厚度／m岩性指述老顶砂质泥岩3．45黑灰色，均一、破碎、节理发育顶板直接顶泥岩1黑灰色，上部微含砂质，下部．9质均图6塑性区分布图7塑性区分布，细腻——原方案——新方案底板直接底粉砂岩3褐灰色，质均夹深色条带，呈水平．2O层理，含叶片炭屑及云母碎片表4巷道水平位移统计原方案新方案左侧帮最

7、大位移量／m0．054O．O27右侧帮最大位移量／m0．1590．128水平缩进量／mO．2l30．155表5巷道竖向位移统计原方案新方案顶板最大位移量／m0．1620．147底板最大位移量／m0．002O图1几何模型图竖向最大缩进量／m0．1640．1472．2数值模拟结果汇总3．1基本计算理论介绍图2、图3为开挖090409煤层时，巷道在原方案、岩体结构锚杆支护理论设计方法常用的主要悬吊新方案条件下的x向位移图。图4、图5为开挖090409理论、自然平衡拱理论和组合梁理论。本研究采用以上煤层时，巷道在原方案、新方案条件下的Y向位移图。三种理论

8、的结合，采用自然平衡拱理论计算顶板围岩的图6、图7为巷道在原方案、新方案条件下的塑性区分破坏范围和顶板围岩压力，采用组合梁和悬吊理论对计