cumt-礦山巖體力學(xué)6應(yīng)力重新分布

1、6 礦山巖體內(nèi)應(yīng)力的重新分布6.1 彈性巖體中水平圓形硐室圍巖應(yīng)力分布6.2 彈性巖體中水平橢圓形硐室圍巖應(yīng)力計算6.3 彈性巖體中水平矩形硐室圍巖應(yīng)力分布6.4 存在多個孔時，周圍的應(yīng)力分布6.5 回采空間周圍應(yīng)力重新分布6.6 圍巖的極限平衡與支承壓力分布6.7 支承壓力在底板巖層中的傳播6.5 回采空間周圍應(yīng)力重新分布采場周圍應(yīng)力分布特點：（1）采場周圍煤體出現(xiàn)應(yīng)力集中，采空區(qū)范圍出現(xiàn)應(yīng)力降低；（2）煤壁前方為前支承壓力帶，隨采煤工作面推進(jìn)不斷變化位置；（3）工作面兩側(cè)為側(cè)支承壓力帶，分布位置相對固定；（4）相鄰工作面支承壓力疊加影響區(qū)應(yīng)力集中系數(shù)大。6.5 回采空間周圍應(yīng)力重新分布采場

2、周圍應(yīng)力分布特點：（5）前（側(cè)）支承壓力一般分布形式是：靠近采空區(qū)側(cè)部分范圍壓力小于原巖應(yīng)力，為減壓區(qū)；由減壓區(qū)往里為增壓區(qū)；煤壁到支承壓力峰值之間區(qū)域，煤體處于極限平衡狀態(tài)；峰值往里壓力逐漸降低，最后趨于原巖應(yīng)力。圖6-23 支承壓力的分區(qū)A-減壓區(qū)；B-增壓區(qū)；C-穩(wěn)壓區(qū)；D-極限平衡區(qū)；E-彈性區(qū)6.6 圍巖的極限平衡與支承壓力分布 假設(shè)條件： 巷道可以簡化為無限體中心單圓形孔洞，四周均勻受壓； 巖石為理想彈塑性材料，符合莫爾-庫侖強度理論； 巖石為軟弱巖石，在原巖應(yīng)力作用下，半徑為R范圍內(nèi)巖石出現(xiàn)破壞，以外部分仍處于彈性狀態(tài)。6.6 圍巖的極限平衡與支承壓力分布 塑性區(qū)應(yīng)力分析：（r1

3、 r R）6.6 圍巖的極限平衡與支承壓力分布 塑性區(qū)應(yīng)力分析：（r1 r R）圖6-22 回采面前方極限平衡區(qū)受力狀態(tài) 回采工作面前支承壓力計算式：6.6 圍巖的極限平衡與支承壓力分布圖6-23 支承壓力的分區(qū)A-減壓區(qū)；B-增壓區(qū)；C-穩(wěn)壓區(qū)；D-極限平衡區(qū)；E-彈性區(qū)6.6 圍巖的極限平衡與支承壓力分布6.7 支承壓力在底板巖層中傳播圖6-24 集中力對半無限體內(nèi)M點的影響（1）假設(shè)： 巖層為完全彈性體；作用力P在M點造成的位移與距離半徑R成反比，與坐標(biāo)角的余弦成正比。6.7 支承壓力在底板巖層中傳播圖6-24 集中力對半無限體內(nèi)M點的影響（2）dR段的變形量與應(yīng)變量：6.7 支承壓力在

4、底板巖層中傳播圖6-24 集中力對半無限體內(nèi)M點的影響（3）根據(jù)邊界條件定系數(shù)：取半徑為R的半球面，并假設(shè)在d的變化范圍內(nèi)R是相等的。6.7 支承壓力在底板巖層中傳播圖6-24 集中力對半無限體內(nèi)M點的影響（3）根據(jù)邊界條件定系數(shù)： 又，根據(jù)底板巖體完全彈性假設(shè)，知：6.7 支承壓力在底板巖層中傳播圖6-24 集中力對半無限體內(nèi)M點的影響（3）根據(jù)邊界條件定系數(shù)：所以：6.7 支承壓力在底板巖層中傳播圖6-24 集中力對半無限體內(nèi)M點的影響（4）求Z：6.7 支承壓力在底板巖層中的傳播圖6-25，26 P作用下垂直應(yīng)力在水平面上及深度上的分布（深度與影響范圍、等應(yīng)力曲線特征、不同深度分布）卵形

5、壓力泡6.7 支承壓力在底板巖層中的傳播 集中力P作用在半平面體形成的空間應(yīng)力分布情況，揭示了應(yīng)力在底板巖體內(nèi)的傳播規(guī)則，是基本解，具有理論意義。 實際工程中很少遇到上述集中載荷作用情況，有了上述基本解，可以進(jìn)一步用積分的方法，解決其它形式載荷條件下的應(yīng)力分布問題。6.7 支承壓力在底板巖層中的傳播圖6-27 底板巖層中的應(yīng)力分布a-煤柱下垂直應(yīng)力分布；b-側(cè)采空煤體下垂直應(yīng)力分布； （采深800 m，=25 kN/m3）6.7 支承壓力在底板巖層中的傳播圖6-28 多煤層開采時垂直應(yīng)力的等值分布6.8 圍巖壓力與控制 圍巖與支護(hù)的共同作用概念 （1）支護(hù)所受壓力及其變形，來自圍巖自身平衡過程

6、中的變形或破裂導(dǎo)致的對支護(hù)的作用，圍巖性質(zhì)及其變化對支護(hù)的作用有重要的影響。 （2）支護(hù)以自己的剛度和強度抑制巖體變形和破裂的進(jìn)一步發(fā)展，而這一過程同樣影響支護(hù)受力。 （3）圍巖與支護(hù)形成一種共同體，其間的耦合作用和互為影響的關(guān)系稱為圍巖支護(hù)共同作用。6.8 圍巖壓力與控制 圍巖與支護(hù)的共同作用概念 （4）巖石地下工程支護(hù)兩種極端情況：完全及時支護(hù)；完全滯后支護(hù)。 （5）支護(hù)與圍巖共同作用關(guān)系問題，就是支護(hù)理論問題，基本方面：支護(hù)的對象；圍巖穩(wěn)定的條件；支護(hù)與圍巖相互作用機制/關(guān)系；支護(hù)特性及其設(shè)計方法。6.8 圍巖壓力與控制 古典支護(hù)理論（普氏地壓學(xué)說，1907）： 砂箱拱效應(yīng)巷道頂部巖石也

7、存在拱效應(yīng)支護(hù)上作用的壓力只是平衡拱內(nèi)巖石的重量，而與拱外上覆地層無關(guān)。6.8 圍巖壓力與控制 古典支護(hù)理論（普氏地壓學(xué)說，1907）： 兩幫穩(wěn)定時頂壓：6.8 圍巖壓力與控制 古典支護(hù)理論（普氏地壓學(xué)說，1907）： 兩幫不穩(wěn)定時頂壓：6.8 圍巖壓力與控制 傳統(tǒng)彈塑性支護(hù)理論： 6.8 圍巖壓力與控制 傳統(tǒng)彈塑性支護(hù)理論（卡斯特納公式）： 6.8 圍巖壓力與控制 傳統(tǒng)彈塑性支護(hù)理論（卡斯特納公式）：6.8 圍巖壓力與控制 支護(hù)的限制與穩(wěn)定作用理論： 圖6.2-4 均勻壓應(yīng)力下軸對稱圓形巷道圍巖應(yīng)力分布圖6.2-5a 支護(hù)與圍巖相互作用關(guān)系1 以 絕對應(yīng)力看后續(xù)支護(hù)阻力對巷道圍巖的作用圖6.

8、2-5b 支護(hù)與圍巖相互作用關(guān)系2 以 絕對應(yīng)力看后續(xù)支護(hù)阻力對巷道圍巖的作用圖6.2-6a 支護(hù)與圍巖相互作用關(guān)系3 以 相對應(yīng)力看后續(xù)支護(hù)阻力對巷道圍巖的作用圖6.2-6b 支護(hù)與圍巖相互作用關(guān)系4 以 相對應(yīng)力看后續(xù)支護(hù)阻力對巷道圍巖的作用圖6.2-7a 穩(wěn)定支護(hù)阻力作用下巷道圍巖極限徑向限制力變化規(guī)律圖6.27b 穩(wěn)定支護(hù)阻力作用下巷道圍巖極限切向限制力變化規(guī)律圖6.28 巷道支護(hù)阻力對圍巖影響范圍巷道支護(hù)限制與穩(wěn)定作用理論區(qū)分巖石摩擦強度時間效應(yīng)與粘結(jié)強度時間效應(yīng)下的圍巖穩(wěn)定條件：巷道支護(hù)限制與穩(wěn)定作用理論關(guān)于支護(hù)阻力的設(shè)計方法極限分析步驟：第一步：計算在限制作用力的作用下，圍巖流動區(qū)、塑性軟化區(qū)和彈性區(qū)范圍與極限應(yīng)力分布。第二步：在第一步三區(qū)不變下，計算在限制和穩(wěn)定作用力同時作用下，圍巖流動區(qū)、塑性軟化區(qū)和彈性區(qū)極限應(yīng)力分布。第三步：比較第一、二步結(jié)果，其中第一步切向應(yīng)力是應(yīng)力、第二步切向應(yīng)力是圍巖強度，根據(jù)穩(wěn)定條件計算支護(hù)阻力。圖6.2-4 均勻壓應(yīng)力下軸對稱圓形巷道圍巖應(yīng)力分布圖6.27b 穩(wěn)定支護(hù)阻力作用下巷道圍巖極限切向限制