毕业论文_节理位置对巷道稳定性的影响研究

由于长期地质构造作用，地下工程岩体往往被各种结构面所切割，使得工程岩体的性质具有明显的不均匀性。

在节理岩体中这些松动变形区通常认为是由节理岩体中岩块的破裂变形形成的。

在节理岩体中，存在大量被节理岩体切割的封闭多边形岩块，这些岩块的破裂变形是巷道失稳得主要因素。

同时，由于岩体形成的条件千差万别，结构面的情况复杂多变，研究结构面的方位密度组合关系及力学特性，对岩体变形和破坏规律的影响远较岩石性质的影响更为重要。

研究深埋应力场中不同节理倾角密度的断续节理岩体在开挖条件下巷道周边围岩破裂区的形成和扩展机理，进而达到评价地下工程岩体稳定性的目的。

研究现状伴随岩石力学学科的发展，围岩稳定性评价经历了经验判断理论分析数值计算的发展过程。

人们普遍注意到原生节理裂隙对巷道稳定性的影响，巷道轴向布置与节理裂隙的空间产状要素的不同匹配对其稳定性和维护影响很大。

根据岩体中地下工程的几何尺度及所含节理的规模尺寸，人们往往将岩体分为贯通节理岩体和断续节理岩体，前者的节理连通率接近，而后者则在左右。

而当今大多数地下工程都建造在断续节理岩体中，因此断续节理岩体中巷道稳定性及其支护问题始终是地下工程研究的重点。

本文采用模型试验方法，研究深埋应力场中不同方位的断续节理岩体在开挖条件下围岩破裂区的形成和扩展机理，分析围岩破坏和碎胀变形的发展规律及其对巷道稳定性的影响。

然而，以前的研究，包括模型试验数值模拟和理论分析等，均没有考虑节理对破裂区的形成机理扩展深度等的影响。

但在现场研究中，岩体中的节理是客观存在的，实测的围岩破裂区包含了节理的影响。

因此，采用数值模拟方法，研究深埋应力场中不同节理倾角密度的断续节岩体在开挖条件下巷道周边围岩破裂区的形成和扩展机理，进而达到评价地下工程岩体稳定性的目的。

目前国内外公认的岩体力学模型可归纳为两大类，即离散介质模型和连续介质模型。

离散介质模型主要包括极限平衡理论关键块理论离散单元法和非连续变形分析法等。

和建立了广义平衡理论。

和在极限平衡理论上提出了关键块理论。

提出的离散单元法将岩块抽象为刚体或变形体，利用运动定律表达块体的不平衡力与块体运动速度和位移的关系，最后通过有限差分法求得块体的位移。

提出了刚体弹簧来模拟节理岩体的稳定性。

石根华后又提出了更严谨的非连续变形分析方法和流形元分析法。

连续介质模型将节理岩体视作连续介质，由此建立节理岩体的等效本构模型，这方面的研究方法主要有当量体法断裂力学方法损伤力学方法以及差分法等。

，及我国朱维申张明焕等人都采用当量体法从弹性和弹塑性应变等效出发系统的研究了节理岩体的力学性质。

和，和通过实验明确指出，在压应力作用下，宏观断裂破坏不是不是单预先存在的微裂隙的雁型式排列特点，而是各微裂隙颗粒边界及孔洞聚的结果。

野外构造断裂与工程岩体断裂机制的研究是岩体断裂力学的最重要的研究课题。

和对走向滑层的地质调查研究后发现，当相邻断层的内侧相向时，断层的相互作用促进断层的拓展而当断层发展到种程度的相互搭接时，其相互作用便阻碍他们的扩展。

世纪年代，等首先将和提出的几何损伤理论应用于岩体工程中，提出了节理岩体的损坏模型，并将其和非线性有限元分析结合起来。

研究方法与内容通过软件，运用有限元方法建立巷道岩体模型，经过处理可以得出巷道围岩在不同节理位置下的节点应力应变位移云图，对巷道围岩应力应变位移进行分析，认识巷道围岩的破坏状态，分析巷道围岩的稳定性情况。

节理概论节理的力学成因及其特征根据构造地质学，岩石在断裂过程中产生的构造统称为断裂构造。

凡断裂两侧的岩石延断裂面没有位移或仅有微量位移的断裂，称为节理如断裂两侧的岩石沿断裂面发生了较大位移，则称断层。

断裂构造节理和断层是岩体中发育最广泛的种地质构造。

任何节理都是在定的受了力的作用而产生的，从应力角度考察，直接形成节理的应力只有俩种是剪应力，是张应力。

由此，根据节理的力学成因，可将其分为剪节理和张节理俩种。

剪节理是由剪切面进步发展而成，理论上，剪节理应成对出现，自然界里实际情况也经常如此，不过，两组剪节理的发育程度可以不等，剪节理的峰值摩擦角般为，残余摩擦角般为。

剪节理具有如下主要特征剪节理产状较稳定，沿走向延伸较远，当穿过岩性差别显著的不同岩层时，其产状可能发生改变，反映岩石性质对剪节理方位有定程度的控制作用。

剪节理面平直光滑，这是由于剪节理是剪破切割岩层面而不是拉破岩层面而形成的，反映岩石性质对剪节理方位有定程度的控制作用。

剪节理面上常有剪切滑动时留下的擦痕摩擦镜面，但由于般剪节理沿节理面相对移动也只有度的三分之。

应力与应变分布特征由度时节点应力分布云图与应变分布云图观察可得，水平方向应力较集中，顶部应力开始释放，主要破坏为巷道两侧沿巷道两侧拱肩的巨大破坏和顶部中间的破坏。

由度时节点应力分布云图和应变分布云图可得，右侧和左侧沿度方向应力较集中，主要破坏为水平方向右侧左上侧度方向的大破坏和顶部的破坏。

由度时节点的应力分布云图和应变分布云图可得，左上侧度方向和右下侧度方向以及水平方向右侧应力较集中，应变也主要在这些方向上。

水平应力变化规律根据节点应力变化云图，发现水平应力发生在两侧附近，两侧容易发生破坏。

节理倾角度时，水平方向的节点应力是节理倾角度时，巷道附近岩体节点应力，边缘节点应力接近于节理倾角度时，巷道附近岩体节点应力，边缘岩体节点应力。

竖直方向节理倾角度时，节点应力节理倾角度时，巷道附近岩体节点应力为，边缘节点应力为节理倾角为度时，节点应力几乎为巷道围岩稳定性分析根据应力云图应变云图和位移云图，由于顶部荷载的施加，具有不同节理位置的巷道岩体都发生了不同程度的破坏，节理与岩体表面倾角的不同，深刻影响了巷道围岩的破坏状态。

当节理倾角为度时，巷道围岩的左右斜上侧和顶部发生了主要破坏节理倾角为度时，巷道围岩的左斜上侧与右侧发生了主要破坏当节理倾角为度时，左斜上侧和右斜下侧以及右侧发生了主要破坏。

其中节理倾角在度时，巷道围岩右侧位移，应变，左斜上侧位移，应变，右斜下侧位移，应变节理倾角在度时，巷道围岩右侧位移，应变，顶部位移，应变节理倾角在度时，左斜侧位移，应变顶部位移，应变，右斜侧位移，应变。

巷道围岩斜侧和右侧的破坏在节理倾角为度时最为严重，度次之，度时最小，但是顶部围岩破坏零度时破坏最为严重，度次之，度最小。

结论节理倾角在度区间内，节理位置分布对于巷道围岩的稳定性影响很大。

节理倾角度时巷道围岩的破坏最大，稳定性最差。

在节理倾角为度和度时，巷道围岩应变位移右侧比左侧围岩大，右侧破坏比左侧严重节理倾角为度时，巷道围岩左右两侧应变位移致。

节理倾角为度时，巷道围岩上部破坏最严重。

参考文献夏才初，孙宗颀工程岩体节理力学北京科学出版社，朱维申，李术才，陈卫忠节理岩体破坏机理和锚固效应及工程应用北京科学出版社，李树忱，李术才断续节理岩体破坏工程的数值方法及工程应用北京科学出版社，谢和平，陈忠辉岩石力学北京，科学出版社，张彬，刘波在软岩巷道围岩稳定性分析中的应用山西建筑，张寿不同层状节理面巷道围岩稳定性分析化工矿物与加工，刘刚，赵坚，宋宏伟等断续节理方位对巷道稳定性的影响煤炭学报，刘刚，赵坚，宋宏伟等断续节理岩体中围岩破裂区的试验研究中国矿业大学学报，刘刚非连续岩体破裂机理及其工程稳定性研究刘吉文，张永利高地应力作用下巷道围岩蠕变的仿真计算，辽宁工程技术大学学报，杨海军，董长吉基于的深部巷道稳定性数值模拟煤炭技术，杨海军，张继忠基于的深部岩体巷道数值模拟的岩体力学参数现代矿业，安静基于和的复杂节理岩体性能分析山西交通科技，胡建明基于有限元软件在节理参数对围岩变形的敏感性分析刘胜利，安承豪基于强度折减法和的巷道稳定性分析价值工程，王文，朱维申，陈云娟等节理岩体巷道的稳定性分析煤炭学报，王同旭，王文斌，杜烨等节理岩体巷道顶板预应力锚杆加固作用研究中国矿业大学学报，刘刚，赵坚，宋宏伟节理岩体中巷道稳定性分析中南大学学报，左宇军，李术才，张万成深部断续节理岩体中渗流对巷道稳定性影响的数值分析岩土力学，张哲，王大国，洪林深部岩体中断续节理对巷道稳定性影响的数值试验辽宁工程大学技术学报，郭建伟深井节理化围岩巷道破坏机理及控制技术高富强，李志刚影响巷道变形与破坏节理力学参数的正交数值模拟试验研究谢辞感谢我的导师卢小雨老师，在本课题的准备过程中，卢老师为我认真讲解了关于本课题的来源和实际工程背景，解答了我关于本课题研究方向以及研究方法的困惑，帮助我开拓研究思路。

在论文的完成过程中，我遇到了很多不懂的地方，多次向卢老师请教，卢老师都耐心的替我指点迷津。

本科毕业论文节理位置对巷道稳定性的影响研究学院部理学院专业班级工程结构分析学生姓名张群指导教师卢小雨副教授年月日节理位置对巷道稳定性的影响研究摘要节理是岩体表面的种断裂构造，由于节理位置的不同，造成岩体的不连续性。

为了研究不同节理位置下巷道围岩的破坏状态，运用软件建立巷道模型，研究在不同节理位置时巷道围岩的破坏情况。

通过建模和数值模拟运算，对巷道围岩破裂区的应力应变位移进行分析，研究节理方位的不同时，巷道围岩的破坏规律。

目录摘要中文„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„Ⅰ摘要外文„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„Ⅱ绪论引言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„节理概论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„节理的力学成因及其特征„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„节理的状态及其描述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„节理面的形态特征及其描述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„断续节理岩体特性分析及扩展的数值流形方法„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„断续节理岩体强度特性分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„扩展的数值流形方法„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„巷道数值模拟与分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„数值模拟实例„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„模型建立和数值约束条件„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„数值模拟结果„