离散围岩的巷道支护理论及应用研究_毕业设计论文(编辑修改稿)

离散围岩的巷道支护理论及应用研究_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

7 si n c os( ) c os c ot ( )t t c t t ca a N AB a    令 tkN AB a，则已知层理面 产状 c 、 c 和台阶面与层理面得夹角 tca ，便可按下式求得台阶面的产状。 2 2 2c o s c o s c o s s i n s i n ( )t tc o tc k ca a a     c os( ) c ot c ot ( )t c t t ca      式中 c o s()c o s s intck o tca arctg    ta — 台阶面倾角 ca — 层理面倾角 tca — 台阶面与层理面倾角 t — 台阶面倾向方位角 c — 层理面倾向方位角 o — 台阶面与层理面最初倾向方位角，分别为： 542。 342。 42。 42 tc — 层理面倾角 0c 时的台阶面倾向方位角； 2cN OC 。 即此时层理面倾角 0c。 此处假设岩层结构为对 称，即几个方向的台阶面与层理面的夹角都相同，实际上岩层很可能是不对称的，可根据实测确定，按此原理另行计算。 块状岩体中层理面之间以及节理面之间的距离远小于临空面的尺寸，可形成很多大小不等的可动块体。 其中最大可动块体的底宽等于 东北大学继续教育学院毕业设计（论文） 8 临空面底宽。 很多工程中临空面在某一方向上几乎是无限延长的，于是可动块体也将随之延伸，形成一个棱柱体。 因此，在块状岩体中，当临空面很长时，不必计算个别可动块体的大小，而应计算可动块体组合成的棱柱体大小。 离散性 破碎 块状 岩体的稳定性分析及控制方法 巷道维护应该充分利用岩石本身的强度，一 般认为锚杆能较好地利用岩石本身的强度，但对于如何发挥锚杆的作用不同学者则有不同的认识。 以下将从块体的平衡原理论述这一问题。 一般巷道的顶板都有铅垂下落块体，可用支架或锚杆维护，其承载力原则上应大于下落块体的重量，锚杆的长度可视岩体性质而异。 对于块状非连续岩体，即对缝式岩体，则必须将锚杆穿过非连续面，使可动块体与母岩相连接刁‘能保证其稳定。 对于块状非连续岩体，它由很多平行六面体组成，而且按一定的规律镶嵌而成，如果平行六面体具有足够的强度条件，则只要维持其原有结构，就可以依靠其本身强度维护岩体的稳定性。 设巷道跨 度或临空面跨度为 L，基本块体长度为 a，平衡条件可按下列情况计算。 (1)L=2a 假如巷道跨度或临空面跨度 L接近基本块体长度 a的两倍时，临空面上将有 3个基本块体脱离母岩向孔洞移动，如图 1一 3。 由于块体间有摩擦力，跨度中央将率先位移，引起块体转动，使两个块体形成 东北大学继续教育学院毕业设计（论文） 9 一个三铰拱结构。 设岩层位于水平状态，每个基本岩块的重量为 G，厚度为 b，跨度中央最大下沉量为 S，岩块三铰拱结构平衡的必要条件为 : 222L a b Sb 岩块三铰拱结 构平衡的充分条件 — 铰链处的作用力 F小于该处的点荷载强度 []FP 图 13岩块三铰拱结构 设人工结构物作用的反力为 q，顶、底铰水平作用力为 T，按静力平衡条件 : (3 )8( )L G qT bS  东北大学继续教育学院毕业设计（论文） 10 底铰垂直反力为 322Gq，底铰合力 F为 : 22( 3 ) 16 ( )8 ( )L G qF b S LbS   因此岩块三铰拱结构平衡的充分条件为 : 22( 3 )[ ] 16( )8 ( )L G qP b S LbS   (1)L=3a 假如巷道跨度或临空面跨度 L接近基本块体长度 a的三倍时，临空面上将有 6个基本块体脱离母岩向孔洞移动，如图 1一 4，块体转动将形成一个四铰拱结构，岩块四铰拱结构平衡的必要条件为 : 222L a b Sb 岩块三铰拱结构平衡的充分条件铰链处的作用力 F小于该处的点荷载强度 [P] []FP 按静力平衡条件 : (21 4 )36 ( )L G qT bS  东北大学继续教育学院毕业设计（论文） 11 图 14岩块四铰拱结构 L=3a 底拱垂直反力为 322Gq ， 铰合力 F为 : 2 2 2 21 ( 3 2 4 ( 6 q ) ( ) 2 1 4 q36F b S G b S L G     ） （ ） 因此岩块四铰拱结构平衡的充分条件为 : 2 2 2 21[ ] ( 3 2 4 ( 6 q ) ( ) 2 1 4 q36P b S G b S L G    ≥ ） （ ） 如果式中 q二 0也能满足，则不需要人工结构物，可依靠岩块多铰结构的啮合作用达到自身平衡。 它反映了支架围岩共同作用原理。 如果岩块 铰结构不能自身平衡，则必须辅以人工结构物，对于基本岩块较大 (如 a≥ )岩体，可采用锚杆维护。 对于基本岩块较 小者，可采用锚喷网或金属支架 维护。 当巷道跨度或临空面跨度 L为基本块体长度 a的 2一 3倍时，锚杆长度应大于 滑动棱柱体高度。 如图 1一 5所示。 东北大学继续教育学院毕业设计（论文） 12 图 15悬吊式锚杆 (3)L3a 假如巷道跨度或临空面跨度 L大于基本块体长度 a的三倍时，依靠块体本身很难形成多铰拱结构。 可以用锚杆将部分基本块体组合成一起，使锚固后的组合岩块形成多铰拱结构，如图 3一 6所示。 如组合岩块形成多铰拱结构能满足平衡条件，则锚杆长度可以小于滑动棱柱体高度。 东北大学继续教育学院毕业设计（论文） 13 图 16悬梁组合式锚杆 如组合岩块形成多铰拱结构不能满足平衡条件，在有条件 的巷道，可将锚杆穿过滑动棱柱体，使其与母岩相连。 在小断面巷道中，可在临空面跨度的两端，将锚杆穿过滑动棱柱体，使其与母岩相连，因为此处滑动棱柱体的高度较低，要求锚杆长度不大，只要两端基本块体稳定不动，就相当于减少临空面跨度，或者说减小可动块体的体积。 其余的锚杆虽然没有和母岩相连接，但也能和不动岩块相连接，从而使岩体稳定。 小结 (1)地下巷道工程开挖后，岩体被不连续面分割为岩块，依靠本身形成的非连续残余块体或层状铰结岩梁很难有效控制围岩变形破坏。 东北大学继续教育学院毕业设计（论文） 14 (2)对于破碎 块状 围岩，开挖后的岩体强度等于残余强度，残 余强度取决于岩块啮合程度，岩体变形主要取决于岩块移动，而不是块体本身变形。 (3)支护后所形成的岩梁是块状围岩通过锚杆支护而构成的铰接梁，梁的支护力与块体的铰结形成、块体强度、块体运动方向、悬梁的厚度等参数有关。 (4)梁的破坏一般表现为梁的中间弯曲破坏和岩梁两端的剪断而使块状之间沿原节理裂隙滑移产生垮落破坏。 (5)锚杆支护的作用在于改善块体之间的铰接特征，提高岩梁中岩块之间铰接面和接触块体的等级长度以及提高岩梁块体的整体稳定性和岩梁的弯曲变形能力。 (6)锚杆长度应大于滑动棱柱体的高度。 (7)锚杆的间 排距应等于或小于块体长度和宽度，但当组合岩块能形成自稳多铰拱结构时，锚杆间排距可以放宽，但必须挂金属网辅助支护。 东北大学继续教育学院毕业设计（论文） 15 首先分析了锚杆支护结构体破坏机理，然后采用岩体变形破坏的最大变形研究方法来确定了支护结构体破坏警戒值，支护结构体破坏警戒值对于锚杆支护监测具有重要意义。 锚杆支护结构体破坏机理分析 锚杆支护已应用于地下工程和采矿业多年，经过国内外学者、工程技术人员的不懈努力，现己在锚杆支护理论、设计、施工、监测等方面取得了较 成熟的经验，并已广泛应用于采矿业中，取得了显著的支护效果和经济效果。 但在实际施工过程中，总有锚杆支护失败造成锚杆支护结构体失稳现象产生，造成安全事故。 锚杆锚固失效的原因主要是有以下几种 :锚固剂破裂失效、锚杆与锚固剂的粘结面破裂失效、锚固剂与岩石的粘结面破裂失效、锚杆拉断等。 但实验室试验证明现在常用锚杆在正常情况下其杆体拉断都早与锚固剂破裂失效、锚杆与锚固剂的粘结面破裂失效、锚固剂与岩石的粘结面破裂失效这几种原因现象发生前所以以下是在基于锚固剂不会失效的前提下对锚杆结构体的破坏进行讨论。 锚杆支护结构体是由锚 杆及围岩共同作用形成的一个结构整体。 锚杆支护结构体破坏 东北大学继续教育学院毕业设计（论文）。