CN103901180B - 一种间接得到地下巷道围岩受力和变形状态的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种间接得到地下巷道围岩受力和变形状态的方法，其特征在于现场进行巷道围岩水平应力的测试，再结合数值模拟计算软件对巷道围岩所受内力及其变形进行计算与分析，为支护结构的设计提供必要的参数，得出巷道围岩的破坏模式及其变形特征。其优点是本发明进行巷道围岩应力测试的仪器设备相对较为简单，该种测量方法可以较为准确的测得巷道围岩的水平应力，再结合数值模拟计算分析软件可以得出巷道围岩的较为真实的受力和变形状态，特别适用于巷道穿越高地应力区和断层破碎带时支护结构的设计计算。
Description
技术领域
本发明涉及巷道围岩应力测试和数值分析领域，具体地说是一种间接得到地下巷道围岩受力和变形状态的方法。
背景技术
地下巷道在开挖穿越高地应力区、岩石破碎带或断层破碎带时要进行巷道围岩支护结构的施工，用以确保巷道围岩的整体稳定，在进行巷道支护结构设计时，支护结构设计参数的获取有以下两种途径：
一是根据巷道顶部所覆盖岩土层的厚度及岩土的基本物理力学性质参数，粗略的进行围岩体所受水平应力的计算，再根据相关软件进行巷道围岩的受力和变形计算，得出围岩支护结构设计参数，此种方法因水平应力的理论计算值与巷道开挖后应力调整、应力重分布后的残余应力值有较大的出入，而使支护结构的计算趋于保守。
另一种方法是在巷道开挖后，即进行巷道围岩变形收敛的量测，测出巷道顶部及侧壁变形控制点的绝对位移值，在根据巷道岩体的物理力学性质参数求得巷道围岩所受应力值，但这种方法需连续进行监测，直到变形稳定为止，历时时间较长，监测工作繁琐，难度也较大，最为主要的是巷道岩体得不到及时有效的支护，有可能造成巷道岩体的片帮、坍塌或冒顶，从而影响工程施工进度，对施工人员和机械设备造成安全隐患。
基于上述原因，发明一种能够准确测得巷道围岩的残余水平应力，结合数值模拟计算，得到较为准确、合理的巷道支护设计参数，从而保证巷道支护结构的及时设计与施工，以解决巷道围岩支护设计参数的实效性和准确性问题，具有广泛的应用价值。
发明内容
本发明提供一种间接得到地下巷道围岩受力和变形状态的方法，能够较为方便的测得巷道不同方位处的水平应力及巷道围岩的破坏模式及其变形形态特征。
本发明一种间接得到地下巷道围岩受力和变形状态的方法，包括有步骤S1和步骤S2，共两个步骤；
所述的步骤S1为测得巷道围岩残余应力值；
所述的步骤S2为应用数值模拟计算进行巷道围岩的受力及变形分析。
所述的步骤S1又包含步骤101至步骤106，共六个步骤：
步骤101：在巷道侧壁岩石表面预先布置好测量元件应变片，用应变仪记录量测元件应变片的初始读数；
步骤102：用红蓝铅笔划出解除槽的轮廓线，在岩面上切槽，用切割机进行掏槽，槽壁要求平直，且槽的深度应大于所选用的液压枕的尺寸；
步骤103：在掏槽完成后，记录相应应变片的读数，直到其读数稳定；
步骤104：用清水将槽内的岩粉冲洗干净，注入掺有早强剂的M30水泥砂浆；
步骤105：将液压枕放入槽中，其中心要与槽的中线重合，再用掺有早强剂的M30水泥砂浆填实，并使加载的液压枕外缘埋入岩面，以防止加载过程中岩石的局部破坏，并经5～7天时间进行养护；
步骤106：启动油泵对液压枕分级加压，应变恢复，压力等级为2MPa，随着压力枕所施加的力P的增加，岩体变形逐渐恢复，逐点记录压力P与恢复变形的关系；
假设岩体为理想的弹性体，则当应变片或应变花恢复到初始读数时，此时，压力枕对岩体所施加的压力P即为所求岩体的水平应力。
所述的步骤S2，具体实施如下：
在测得巷道围岩的应力水平后，应用数值模拟计算软件FLAC—3D软件进行巷道围岩的受力及变形分析，为支护结构的设计提供设计计算参数，得出巷道围岩的破坏模式及其变形形态特征。
本发明一种间接得到地下巷道围岩受力和变形状态的方法的基本原理是：岩体应力被解除，测量元件读数便发生变化，然后，对岩体施加压力，使岩体的应变恢复至应力解除前的状态；此时，液压枕施加的压力即为解除前岩体受到的应力。
所述的应变片2对称粘贴于岩槽中心线的两端。
本发明一种间接得到地下巷道围岩受力和变形状态的方法的有益效果有以下：该种测量方法可以较为准确的测得巷道围岩的水平应力，用数值模拟计算软件计算所得出的应力和变形，是巷道围岩体进行应力重新分布后的真正的残余应力和变形，是支护结构所受真实的外力，从而得出的支护结构的设计参数更加合理。
附图说明
图1为本发明一种间接得到地下巷道围岩受力和变形状态的方法实施状态的正面示意图。
图2为本发明一种间接得到地下巷道围岩受力和变形状态的方法实施状态的侧面剖面示意图。
具体实施方式
一种间接得到地下巷道围岩受力和变形状态的方法，包括有步骤S1和步骤S2，共两个步骤；
所述的步骤S1为测得巷道围岩残余应力值；
所述的步骤S2为应用数值模拟计算进行巷道围岩的受力及变形分析。
所述的步骤S1又包含步骤101至步骤106，共六个步骤：
步骤101：在巷道侧壁岩石表面预先布置好测量元件应变片，用应变仪记录量测元件应变片的初始读数。
步骤102：用红蓝铅笔划出解除槽的轮廓线，在岩面上切槽，用切割机进行掏槽，槽壁要求平直，且槽的深度应大于所选用的液压枕的尺寸；
步骤103：在掏槽完成后，记录相应应变片的读数，直到其读数稳定，
步骤104：用清水将槽内的岩粉冲洗干净，注入掺有早强剂的M30水泥砂浆；
步骤105：将液压枕放入槽中，其中心要与槽的中线重合，再用掺有早强剂的M30水泥砂浆填实，并使加载的液压枕外缘埋入岩面，以防止加载过程中岩石的局部破坏，并经5～7天时间进行养护；
步骤106：启动油泵对液压枕分级加压，应变恢复，压力等级为2MPa，随着压力枕所施加的力P的增加，岩体变形逐渐恢复，逐点记录压力P与恢复变形的关系；
假设岩体为理想的弹性体，则当应变片或应变花恢复到初始读数时，此时，压力枕对岩体所施加的压力P即为所求岩体的水平应力。
所述的步骤S2，具体实施如下：
在测得巷道围岩的应力水平后，应用数值模拟计算软件FLAC—3D软件进行巷道围岩的受力及变形分析，为支护结构的设计提供设计计算参数，得出巷道围岩的破坏模式及其变形形态特征。
本发明一种间接得到地下巷道围岩受力和变形状态的方法的基本原理是：岩体应力被解除，测量元件读数便发生变化，然后，对岩体施加压力，使岩体的应变恢复至应力解除前的状态；此时，液压枕施加的压力即为解除前岩体受到的应力。
根据图1、图2所示，所述的应变片2对称粘贴于岩槽中心线的两端，液压枕1放于岩槽内，周围用掺有早强剂的M30水泥砂浆填实。
Claims (3)
1.一种间接得到地下巷道围岩受力和变形状态的方法，其特征在于：包括有步骤S1和步骤S2，共两个步骤：
所述的步骤S1为测得巷道围岩残余应力值；
所述的步骤S2为应用数值模拟计算进行巷道围岩的受力及变形分析；
其中，所述的步骤S1又包含步骤101至步骤106，共六个步骤：
步骤101：在巷道侧壁岩石表面预先布置好测量元件应变片，用应变仪记录量测元件应变片的初始读数；
步骤102：用红蓝铅笔划出解除槽的轮廓线，在岩面上切槽，用切割机进行掏槽，槽壁要求平直，且槽的深度应大于所选用的液压枕的尺寸；
步骤103：在掏槽完成后，记录相应应变片的读数，直到其读数稳定；
步骤104：用清水将槽内的岩粉冲洗干净，注入掺有早强剂的M30水泥砂浆；
步骤105：将液压枕放入槽中，其中心要与槽的中线重合，再用掺有早强剂的M30水泥砂浆填实，并使加载的液压枕外缘埋入岩面，以防止加载过程中岩石的局部破坏，并经5～7天的时间进行养护；
步骤106：启动油泵对液压枕分级加压，应变恢复，压力等级为2MPa，随着压力枕所施加的力P的增加，岩体变形逐渐恢复，逐点记录压力P与恢复变形的关系；
岩体为理想的弹性体，则当应变片或应变花恢复到初始读数时，此时，压力枕对岩体所施加的压力P即为所求岩体的水平应力。
2.根据权利要求1所述的一种间接得到地下巷道围岩受力和变形状态的方法，其特征在于：所述的步骤S2，具体实施如下：
在测得巷道围岩的应力水平后，应用数值模拟计算软件FLAC—3D软件进行巷道围岩的受力及变形分析，为支护结构的设计提供设计计算参数，得出巷道围岩的破坏模式及其变形形态特征。
3.根据权利要求1所述的一种间接得到地下巷道围岩受力和变形状态的方法，其特征在于：所述的应变片(2)对称粘贴于岩槽中心线的两端。
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