羅方亮,安里千,毛靈濤,徐建成,李 磊
(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院,北京 100083;2.河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河北唐山 063004)
巷道圍巖松動(dòng)圈彈塑性分布探討
羅方亮1,2,安里千1,毛靈濤1,徐建成1,李 磊1
(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院,北京 100083;2.河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河北唐山 063004)
巷道掘進(jìn)工作破壞了周圍原巖應(yīng)力分布產(chǎn)生了松動(dòng)圈,對(duì)松動(dòng)圈彈塑性應(yīng)力分布和范圍進(jìn)行理論分析,得到松動(dòng)圈彈塑性應(yīng)力分布半徑并進(jìn)行了討論。
松動(dòng)圈;彈塑性應(yīng)力;理論分析
巷道掘進(jìn)中會(huì)破壞圍巖原始的應(yīng)力平衡態(tài),當(dāng)這種平衡態(tài)被打破使圍巖應(yīng)力超過圍巖的強(qiáng)度時(shí),圍巖會(huì)產(chǎn)生變形松動(dòng)現(xiàn)象。這種由于巷道掘進(jìn)破壞圍巖應(yīng)力平衡態(tài)所產(chǎn)生的松動(dòng)范圍叫做松動(dòng)圈。圍巖松動(dòng)圈的大小由多種因素決定,同時(shí)它又決定著支護(hù)難易程度。松動(dòng)圈的大小不同,所采用的支護(hù)方法不同,對(duì)安全生產(chǎn)起到非常重要的作用。因此,非常有必要對(duì)松動(dòng)圈的范圍進(jìn)行分析探討。
按照彈塑性力學(xué)理論,在略去高次微分項(xiàng)后,可得到巷道的基本方程為:
式中 r—巷道任一點(diǎn)位置半徑;
σr、σθ— 巷道圍巖徑向、切向應(yīng)力。
圍巖應(yīng)變方程為:
式中 u—巷道圍巖位移量;
εr、εθ、εz— 巷道圍巖徑向、切向、延伸方向應(yīng)變。
依據(jù)胡克定律,且當(dāng)r=R時(shí),即在彈塑性區(qū)交界處,得到
式中 μ—巖石泊松比;
σc—巖石單軸抗壓強(qiáng)度;
Kp—側(cè)壓影響系數(shù);
E—巖石彈性模量;
P0—原巖應(yīng)力。
塑性區(qū)的巖石強(qiáng)度為:
假設(shè)塑性階段巖石的內(nèi)摩擦角與彈性階段相同,且?guī)r石強(qiáng)度衰減與切向應(yīng)變分量呈線性關(guān)系,則有
式中 M0—巖石軟化模量;—塑性區(qū)巖石切向應(yīng)
變;上角標(biāo)"p"表示塑性區(qū)。
開挖引起的塑性區(qū)位移及應(yīng)變?yōu)?/p>
松動(dòng)區(qū)的巖石進(jìn)入了破碎變形階段,其內(nèi)摩擦角繼續(xù)維持在彈性階段的值,強(qiáng)度降低至最低的殘余強(qiáng)度,相應(yīng)的強(qiáng)度可表示為:
松動(dòng)區(qū)的徑向位移可比照塑性區(qū)徑向位移的求解方法來建立微分方程,并利用松動(dòng)區(qū)與塑性區(qū)交界處位移連續(xù)條件確定積分常數(shù),從而求得松動(dòng)區(qū)的徑向位移和應(yīng)變?yōu)椋?/p>
(1)當(dāng)t=1時(shí),松動(dòng)區(qū)半徑與塑性區(qū)半徑相等。由(17)式得
(2)當(dāng)巷道加載支護(hù)穩(wěn)定后,單軸抗壓強(qiáng)度和殘余抗壓強(qiáng)度都維持不變,松動(dòng)區(qū)半徑的大小與支護(hù)阻力呈反比。
[1]董方庭,宋宏偉,郭志宏等:巷道圍巖松動(dòng)圈支護(hù)理論[J].煤炭學(xué)報(bào),1994,19(1):21 ~32.
[2]錢鳴高,石平五.礦山壓力與巖層控制[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2003.
Discussion on Surrounding Rock Loose Zone Elastic-plastic Distribution
LUO Fang-liang1,2,AN Li-qian1,MAO Ling-tao1,XU Jian-cheng1,LILei1
(1.School of Mechanics and Civil Engineering,China University of Mining and Technology,Beijing 100083,China;2.Hebei Energy Institute of Vocation and Technology,Tangshan 063004,China)
Due to excavation,the surrounding rock of roadway is loosened and a loosen zone is produced.In this paper,elastic-plastic stress distribution of the loosen zone is analyzed in theory,and loosen zone elastic-plastic stress distribution radius are deduced and discussed.
loose zone;elastic-plastic stress;theoretical analysis
TD353 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
A
1671-3974(2011)04-0051-03
2011-09-05
羅方亮(1956-),男,中國礦業(yè)大學(xué)在讀博士,河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院副院長(zhǎng),教授。