开挖卸荷作用下巷道围岩应变能运移量化方法

摘要

本发明涉及一种开矿应力研究，具体为开挖卸荷作用下巷道围岩应变能运移量化方法，采用数值模拟手段，建立巷道开挖模型，模拟现场岩体的开挖卸荷工序，监测开挖卸荷作用下围岩的力学及形变，为构建开挖卸荷作用下巷道围岩应变能运移量化方案提供数据基础。本发明提供的开挖卸荷作用下巷道围岩应变能运移量化方法，基于能量运移速度先后经历“快→慢→快”过程，提出预防和治理巷道围岩失稳的有效措施。可以在“慢”阶段对能量运移进行阻断，采取一定措施对该范围内聚集的能量进行多次释放，可以有效解决围岩失稳区能量的聚集，降低灾害的发生，保证工程顺利进行。

主权项

开挖卸荷作用下巷道围岩应变能运移量化方法，其特征在于：采用数值模拟手段，建立巷道开挖模型，模拟现场岩体的开挖卸荷工序，监测开挖卸荷作用下围岩的力学及形变，为构建开挖卸荷作用下巷道围岩应变能运移量化方案提供数据基础，包括以下过程：1.巷道开挖模型构建实验模型尺寸与巷道尺寸之比大于3:1，控制方式为双轴加载，其中水平和轴向加载至定值，以模拟在一定的地应力环境下进行巷道的开挖操作；2.实验步骤(1)构建一定尺寸的三维岩体；(2)对导入的模型施加荷载至定值，模拟工程现场的地应力环境；(3)在地应力环境赋值完成后，保证岩体处于稳定状态；(4)开挖卸荷工序，在模型前后面的中心位置进行开挖操作，再根据工程现场岩体开挖，分成一次开挖或者分阶段开挖；(5)开挖完成后，继续保持巷道模型应力状态；(6)观察围岩的力学及变形的三维云图，确定应力和应变的集中区域，并进一步捕捉累积应变能的定量运移情况；3.巷道开挖后巷道力学分析a.主应力和主应变分析数值模拟结束后，绘制巷道模型的主应力和主应变三维云图，寻找主应力和主应变集中区域，圈定重点分析区域；b.偏应力和偏应变分析对主应力和主应变集中区域进行偏应力和偏应变分析，若偏应力为正值，说明是压应力集中区，反之为拉应力集中区；若偏应变为正值，说明集中区域产生了剪切错动破坏；若偏应变为负值，说明集中区域主要是张拉破坏；4.累积应变能运移规律的量化研究根据能量与应力、应变的关系式，采用如下关系式进行应变能求解：$U^{*}=\frac{1}{V}\int PdL=\underset{0}{\overset{L}{\int }}\frac{P}{A_0}\frac{dL}{L_0}=\underset{0}{\overset{ϵ}{\int }}\sigma dϵ$根据该公式，将应力调整阶段各个时刻各个监测点的数据进行处理，得到能量值U*，并且将其转化为三维云图；通过观察三维云图，可量化累积应变能的演化过程，也可总结和概括累积应变能运移的阶段性；根据每一时刻的每个单元体的应力应变数值，求解出对应的能量数值，将累积应变能集中区域的最大值表示集中区域，再将其转化为三维云图，得到运移的量化规律。