井巷建筑介質(zhì)與材料_第1頁
井巷建筑介質(zhì)與材料_第2頁
井巷建筑介質(zhì)與材料_第3頁
井巷建筑介質(zhì)與材料_第4頁
井巷建筑介質(zhì)與材料_第5頁
已閱讀5頁,還剩33頁未讀, 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進行舉報或認領(lǐng)

文檔簡介

1、第一章第一章 井巷建筑介質(zhì)與材料井巷建筑介質(zhì)與材料1 概述一、井巷工程的概念一、井巷工程的概念通風(fēng)及行人等工程。運輸、排水、生產(chǎn)安全,開掘一系列礦井輔助工程:為保證開拓保證接替。筒延伸和新水平采煤層采完前,需要井礦井延伸工程:水平開程也叫開拓工程。或傾斜巷道,硐室等工要不斷準(zhǔn)備水平煤工作面、采區(qū)推進需礦井生產(chǎn)準(zhǔn)備工程:采層而開掘的工程。筒、巷道、硐室到達煤礦山建設(shè)工程:開掘井井巷工程二、井巷設(shè)計與施工二、井巷設(shè)計與施工計風(fēng)井設(shè)計和回風(fēng)大巷設(shè)采區(qū)切眼采區(qū)平巷采區(qū)上下山主要運輸大巷井底車場主副井設(shè)計按設(shè)計工程類型施工與勞動組織設(shè)計通信與照明設(shè)計通風(fēng)設(shè)計支護設(shè)計鉆眼爆破設(shè)計按設(shè)計內(nèi)容地層中采用結(jié)合,

2、不穩(wěn)定含水較大特殊施工法:鉆爆機械最大程度自動化,機械破巖施工,實現(xiàn)機械施工法:機械破巖中采用,在穩(wěn)定含水較少地層普通施工法:鉆眼爆破井巷施工方法2 井巷建筑介質(zhì) 一、巖石概述一、巖石概述 (一)概念 1巖塊巖塊:從巖層中切取出的小塊體。 2巖體巖體:地下工程周圍較大范圍的自然地質(zhì)體。 3巖石巖石:巖塊與巖體統(tǒng)稱。 4圍巖圍巖:開挖巷道會對周圍巖石有應(yīng)力和位移等擾動,擾動范圍一般為5倍的巷道直徑,巷道附近受擾動的巖石稱為圍巖。(二)地層劃分(二)地層劃分三大巖變質(zhì)巖沉積巖巖漿巖基巖泥黃土、沙子、流砂、淤表土層二、物理性質(zhì)二、物理性質(zhì) 1比重比重:巖石物體實體質(zhì)量和同體積水質(zhì)量之比(無單無單位,

3、不包括孔隙體積位,不包括孔隙體積)。2密度密度:單位體積的巖石質(zhì)量(包孔隙體積)。 質(zhì)量。在天然含水或飽水狀態(tài)濕密度:單位體積巖石量。絕對干燥后單位體積質(zhì)干密度:單位體積巖石3重度重度 單位體積巖石所受重力mg/V(N/cm3)。4吸水率吸水率:巖石在大氣壓下能吸入水質(zhì)量與巖石干質(zhì)量之比。 =g/G 孔隙性孔隙性:巖石的裂隙和孔隙發(fā)育程度。 5碎脹性碎脹性:巖石碎后,體積變大,孔隙增多,這種性質(zhì)叫碎脹性。巖石脹后體積與原體積之比。 碎脹系數(shù):kV/V1 (充填采空區(qū))。 6透水性透水性 水存在于巖石的孔隙和裂隙中,在一定的壓力作用下,地下水可以在巖石中通過(滲透)。這種巖石能被水透過的性能稱為

4、巖石的透水性。巖石透水性的大小主要與地下水水頭巖體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)巖石的孔隙率、孔隙大小及其連通程度有關(guān)。 衡量巖石透水性的指標(biāo)為滲透系數(shù)。由達西定律QKAI可知,單位時間內(nèi)的滲水量Q與滲透面積A和水力坡度有正比關(guān)系,其中的比例系數(shù)就稱為滲透系數(shù)。 此外還有 崩解性膨脹性軟化性二、力學(xué)性質(zhì) (一)變形特性(一)變形特性1單向壓縮下的變形性質(zhì)(靜載荷) IOA段段,曲線的斜率逐漸增大,這是巖石中原有的裂隙受壓后逐漸閉合所致。稱為裂隙壓密閉合階段裂隙壓密閉合階段。 AB段段,曲線近似直線,即曲線的斜率近似為常數(shù),稱為線彈性階段線彈性階段。 巖石的彈性和塑性概念:巖石的彈性和塑性概念: 巖石的彈性彈性是

5、指卸載后巖石變形能完全恢復(fù)的性質(zhì),巖石性質(zhì)不同可能出現(xiàn)以下三種不同的彈性特征: 巖石的不同彈性類型a線彈性;線彈性;b完全彈性完全彈性(非線性彈性非線性彈性);c滯彈性滯彈性1加載過程;2卸載過程 巖石是由多種造巖礦物組合而成,由于巖石構(gòu)造中總有某些缺陷,因此常使巖石卸載后其變形不能完全恢復(fù)而出現(xiàn)殘余變形,也就是說巖石受載時具有塑性塑性特征。 巖石受載后變形很小就破裂的性質(zhì)稱為脆性脆性。 BC段段,曲線的斜率逐漸減小,此階段內(nèi)局部破損逐漸增大而導(dǎo)致巖石達到強度極限C,稱為破裂發(fā)展階破裂發(fā)展階段段。 CD段段,應(yīng)力隨應(yīng)變而下降,在這個階段內(nèi),巖石仍保持一整體繼續(xù)抵抗載荷,巖石破裂仍繼續(xù)發(fā)展,直到

6、D點才最終破裂破裂。CD曲線的存在,說明巖石在達到極限強度以后,仍然存在著承載能力。 幾個關(guān)鍵點和線路: UVTUOQQSPQRQRPQCBCBOB塑性變形彈性變形塑性滯環(huán)極限抗壓強度彈塑性變形階段,彈性極限彈性變形階段,2巖石在三向壓縮下的變形性質(zhì)巖石在三向壓縮下的變形性質(zhì) 常規(guī)的三軸試驗機是使巖石試件處于12(3)0的三向應(yīng)力狀態(tài),其中最大主應(yīng)力1一般為垂直應(yīng)力,最小主應(yīng)力3(2)為側(cè)向應(yīng)力,由于側(cè)向應(yīng)力是軸對稱的,故也常稱之為圍壓。 干砂巖在常溫和不同側(cè)壓三向壓縮下的 濕砂巖在常溫和不同側(cè)壓三向壓縮下的 變形曲線圖 變形曲線 1)當(dāng)巖石受三向壓縮時,其應(yīng)力應(yīng)變曲線的開始階段,有一段近似于

7、直線的關(guān)系,說明在主應(yīng)力差值(13)的峰值前不遠的范圍內(nèi),巖石基本上處于彈性變形狀態(tài); 2)對于砂巖試件來說,在不同應(yīng)力范圍內(nèi)受三向壓縮時,其峰值的軸向應(yīng)變大致相同。但隨著側(cè)向應(yīng)力增大,巖石試件的塑性變形也相應(yīng)增大。這說明巖石的脆性和塑性是相對的,在單向應(yīng)力或較低的三向應(yīng)力狀態(tài)下表現(xiàn)為脆性的巖石,在高壓三向應(yīng)力狀態(tài)下破壞前也能表現(xiàn)出很大的塑性; 3)三向壓縮時,隨著側(cè)向應(yīng)力3和主應(yīng)力差值(13)的增加,強度極限(峰值應(yīng)力)也隨之增大; 4)巖石在三向壓縮條件下發(fā)生破壞以后,雖然其結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,但仍然保留一定的承載能力。由圖可以明顯看出,圍壓愈大,其殘余強度也愈大。這個規(guī)律對于在井下控制煤、巖

8、體的穩(wěn)定性很有實際意義。 (二)巖石的強度特性與理論(二)巖石的強度特性與理論 1)靜荷載下巖石的強度性質(zhì) 按外力性質(zhì)不同,巖石強度分為: 巖石的單向抗壓強度巖石的單向抗壓強度 巖石試件在單向壓縮時所能承受的最大壓應(yīng)力值,稱為巖石的單向抗壓強度。 巖石的單向抗拉強度巖石的單向抗拉強度 巖石試件在單向拉伸時能承受的最大拉應(yīng)力值,稱為單向抗拉強度。 一般來說,巖石的抗拉強度約為抗壓強度的330。 巖石的抗剪強度巖石的抗剪強度巖石試件受到剪斷時,剪切面上的切向應(yīng)力值,即試件剪斷時的極限強度,稱為巖石的抗剪強度,巖石的抗剪強度分為以下幾種: 摩擦強度抗剪強度抗切強度巖石剪切試驗不同加載方式及強度特征a

9、一抗切試驗;b一抗剪斷試驗;c摩擦試驗;d重剪試驗 實驗表明,巖石的靜荷載強度具有如下主要性質(zhì):實驗表明,巖石的靜荷載強度具有如下主要性質(zhì): (1)在大多數(shù)情況下,巖石表現(xiàn)為脆性破壞。 (2)同一種巖石的強度變化很大。 (3)在不同受力狀態(tài)下,巖石的極限強度相差懸殊。 實驗表明,巖石在不同應(yīng)力狀態(tài)下的強度值一般符合以下規(guī)律: 三向等壓抗壓強度三向不等壓抗壓強度雙向三向等壓抗壓強度三向不等壓抗壓強度雙向抗壓強度單向抗壓強度單向抗剪強度單向抗抗壓強度單向抗壓強度單向抗剪強度單向抗彎強度單向抗拉強度。彎強度單向抗拉強度。 4)莫爾強度理論)莫爾強度理論(1)基本思想)基本思想 莫爾強度理論建立在對試

10、驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析基礎(chǔ)之上。莫爾強度理論認為,材料發(fā)生破壞主要是由于破壞面上的剪應(yīng)力達到一定限度的緣故,這個剪應(yīng)力與材料本身性質(zhì)有關(guān),還與破壞面上由于正應(yīng)力造成的摩擦阻力有關(guān)。即即某一點發(fā)生破壞,不僅取決于該點的剪應(yīng)力,同時也取決某一點發(fā)生破壞,不僅取決于該點的剪應(yīng)力,同時也取決于該點的正應(yīng)力于該點的正應(yīng)力。因此,巖石沿某一個面剪斷時的剪應(yīng)力,與該面上的正應(yīng)力之間存在著某種函數(shù)關(guān)系,即f ( )(2)莫爾強度包絡(luò)線)莫爾強度包絡(luò)線 莫爾理論是要通過實驗來確定?!?”關(guān)系曲線,并在“ ”坐標(biāo)平面上作出一系列代表這些極限應(yīng)力狀態(tài)的最大應(yīng)力圓(即極限應(yīng)力圓),然后作出這些應(yīng)力圓的包絡(luò)曲線。 巖石強度曲

11、線和極限應(yīng)力圓 利用巖石強度曲線可以說明以下一些問題:利用巖石強度曲線可以說明以下一些問題: 已知強度曲線后,可以直接判斷巖石是否會產(chǎn)生剪切破壞。 利用強度曲線可以預(yù)測破壞面的方向。 在強度曲線的 坐標(biāo)軸上,由原點向右為受壓區(qū),向左為受拉區(qū)。強度曲線的形狀由受拉區(qū)向受壓區(qū)逐漸張開,這反映了巖石抗拉強度小于抗壓強度的規(guī)律。 根據(jù)巖石強度曲線判斷巖石破壞狀態(tài)示意圖(3)庫侖一莫爾強度理論)庫侖一莫爾強度理論 為便于計算,當(dāng)壓力不大時(例如10MPa),采用斜直線型包絡(luò)線。這時破壞面上剪應(yīng)力與正應(yīng)力的關(guān)系,即一般條件下巖石的強度準(zhǔn)則為: C tg 也稱為“庫侖莫爾”強度條件,是目前巖石力學(xué)中應(yīng)用最廣

12、的強度準(zhǔn)則。利用斜直線型強度包絡(luò)線可以求得以下一些關(guān)系: (1)確定剪切破壞角的大小確定剪切破壞角的大小。利用斜直線型強度包絡(luò)線,確定出破壞面與最大主平面的夾角為45+ 。 (2)確定三軸應(yīng)力狀態(tài)下的抗壓強度值確定三軸應(yīng)力狀態(tài)下的抗壓強度值。在Ctg 這個關(guān)系式中,和是指破壞面上的極限應(yīng)力。為便于計算,利用直角三角形關(guān)系,經(jīng)過換算,可得: 1=2C 這就是以極限主應(yīng)力1和3來表示的“庫侖一莫爾”強度準(zhǔn)則,當(dāng)1與3的組合滿足這個關(guān)系時,巖石就會產(chǎn)生破壞,故上式也稱為極限平衡條件。211113sinsinsinsin(3)確定單向應(yīng)力狀態(tài)下的壓、拉比確定單向應(yīng)力狀態(tài)下的壓、拉比。 根據(jù)莫爾應(yīng)力圓和

13、斜直線型強度包絡(luò)線,可以求得巖石試件在單向應(yīng)力狀態(tài)下抗壓強度與抗拉強度之比,其關(guān)系式為: RRCttg2()45205)格里菲斯強度理論 格里菲斯強度理論認為,脆性破壞是由于拉伸而破壞,并格里菲斯強度理論認為,脆性破壞是由于拉伸而破壞,并不是因剪切而破壞。不是因剪切而破壞。 格里菲斯假定巖石內(nèi)部裂隙的形狀近似于一個扁平的橢圓孔(橢圓裂縫),將它作為半無限彈性介質(zhì)中單個孔洞的平面應(yīng)力問題來處理,根據(jù)對橢圓孔的應(yīng)力分析,得出雙向應(yīng)力狀態(tài)下裂隙開始擴張的條件如下:tRRc313312311331)(8)(31時,當(dāng)時,當(dāng) 如果受單向壓縮,3=0及1=RC,于是可得下式,這也就是單向壓縮時的破裂條件。

14、 RC = 8Rt 按、應(yīng)力系統(tǒng)來表示。經(jīng)過一定換算后可得: = 4Rt (Rty)式中xy、y橢圓裂縫周邊上的剪應(yīng)力和正應(yīng)力; Rt巖石的單向抗拉強度。 上式也是另一種形式的格里菲斯破壞準(zhǔn)則,它是“xyy”平面內(nèi)的一個拋物線方程,拋物線的形狀由參數(shù)Rt決定。 根據(jù)上式可以作出格里菲斯強度曲線。 xy2格里菲斯強度曲線四、巖石的分類1常見的巖石分類常見的巖石分類 1)普氏巖石分類)普氏巖石分類fRa/10 Ra巖石單向抗壓強度,Mpa。 2)煤炭行業(yè)的圍巖分類)煤炭行業(yè)的圍巖分類 3)RQD巖石分類巖石分類 4)巴頓等人的)巴頓等人的Q巖石分類巖石分類 5)圍巖松動圈巖石分類)圍巖松動圈巖石分

15、類2軟巖軟巖 (1)軟巖的地質(zhì)學(xué)定義:按地質(zhì)學(xué)的巖性劃分,地質(zhì)軟巖是指強度低、孔隙率大、膠結(jié)程度差、受構(gòu)造面切割及風(fēng)化影響顯著,或含有大量膨脹性黏土礦物的松、散、軟、弱、脹巖層,這類巖石多為泥巖、頁巖、粉砂巖和泥質(zhì)礦巖。 (2)軟巖的強度定義:國際巖石力學(xué)學(xué)會把單軸抗壓強度小于25MPa的巖石稱為軟巖。 (3)軟巖的工程學(xué)定義:在工程力作用下能夠產(chǎn)生顯著塑性變形和流變的工程巖體(巷道圍巖)稱為軟巖。 3 井巷建筑材料一、水泥一、水泥二、混凝土二、混凝土三、鋼材三、鋼材三、木材三、木材一、一、 水泥水泥 水泥屬水硬性膠凝材料,不但能在空氣中或潮濕環(huán)境中硬化,而且還能在水中硬化,保持并增強強度。 水泥品種繁多,但應(yīng)用最廣泛的是硅酸鹽類水泥,常用的硅酸鹽類水泥有: 硅酸鹽水泥、 普通硅酸鹽水泥、 礦渣硅酸鹽水泥、 火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、 粉煤灰硅酸鹽水泥等。二、混凝土(骨料膠凝材料水)二、混凝土(骨料膠凝材料水) 混凝土材料的組成 1)水泥膠凝材料

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論