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研究亮点
● 应力-渗流-损伤耦合模型:建立了考虑深层岩体长期蠕变的应力-渗流-损伤耦合模型,研究了废弃深层富水巷道重建和开挖过程中围岩稳定性演化的机制。
● 圆形巷道的优势:研究表明,圆形巷道的应力分布更均匀,围岩稳定性更高,因此在设计新洞室时,如果截面形状没有严格的设计约束,优先采用圆形截面。
● 蠕变效应的影响:随着废弃巷道蠕变时间的延长,围岩的损伤、拱顶沉降和水平收敛量均增加,导致围岩稳定性降低。因此,建议优先选择蠕变时间较短的废弃巷道进行重建和开挖。
● 埋深的影响:当埋深在200至400米之间时,巷道顶部逐渐形成压力拱,围岩形成具有拱形力学特征的“自承结构”,整体承载能力显著提高。但当埋深超过400米时,压力拱的效果逐渐减弱,最终消失。
● 孔隙水压力的削弱作用:孔隙水压力对巷道围岩具有显著的削弱作用,因此建议优先选择孔隙水压力较低的废弃巷道进行重建和开挖。
摘要:考虑深层岩体长期蠕变的应力-渗流-损伤耦合,建立模型用于研究矿井中废弃深层富水巷道重建和开挖过程中围岩稳定性的演化机制。
研究表明,圆形洞室的最大压应力显著低于马蹄形洞室的压应力。圆形洞室的应力分布更加均匀,适当增大重建开挖现场的规模可以提高围岩的稳定性。随着废弃巷道蠕变时间的增加(1到9年),拱顶沉降和水平间隙收敛的增长率保持不变,巷道经历稳态蠕变。随着废弃巷道埋深(200至400米)的增加,在重建和开采过程中,巷道顶部逐渐形成压力拱。围岩形成具有拱形力学特征和载荷传递机制的“自承结构”,围岩的整体承载能力显著提高。然而,一旦埋深超过400米,随着埋深的进一步增加,压力拱的效果开始减弱。此外,孔隙水压力显著削弱了围岩。
结果解读:研究结果表明,随着蠕变时间的增加,巷道围岩的损伤程度逐渐加剧,拱顶沉降和水平收敛量持续增加,最终导致围岩稳定性显著降低。对于埋深在200至400米之间的巷道,研究发现围岩会形成具有拱形力学特征的“自承结构”,从而提高整体承载能力。然而,当埋深超过400米时,压力拱的效果开始减弱,围岩稳定性进一步降低。此外,孔隙水压力的存在显著削弱了围岩的稳定性,因此在巷道设计和施工中,必须考虑如何有效控制孔隙水压力。
图. 程潮铁矿西区地质概况。
要点问答
原文请查阅 Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology。
原文链接:https://doi.org/10.1144/qjegh2024-014
主要作者简介
第一作者:
武汉理工大学
Affiliation: 武汉理工大学土木工程与建筑学院,湖北省武汉市洪山区珞狮路122号,430070
武汉理工大学
Affiliation: 武汉理工大学土木工程与建筑学院,湖北省武汉市洪山区珞狮路122号, 430070
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