深井施工围岩稳定性研究

论文摘要

围岩稳定性问题在岩土工程中一直占据着重要的位置,对于保证工程的安全实施具有重要意义。本文以山东省莱州市三山岛金矿竖井为研究实例,以竖井开挖过程中围岩稳定性为主要研究对象,通过ANSYS数值模拟分析二千米深竖井开挖对不同深度围岩稳定性的影响。论文首先从竖井开挖后围岩压力分布情况,以及围岩破坏情况进行分析,然后根据分析结果对竖井支护结构进行了设计计算。最后对三山岛金矿二千米超深竖井不同开挖深度下的围岩稳定性进行数值模拟分析,岩体模型采用通用有限元软件ANSYS中的近似弹性或弹塑性Drucker—Prager模型,采用三维brick8node45实体单元来模拟围岩地层,分别对三种不同直径,三种不同围岩种类的九种竖井模型在不同深度时的开挖与支护过程进行了数值模拟。根据数值模拟结果分析设计支护的合理性和安全性,并提出合理的支护建议和合理的开挖方式。数值模拟发现,三山岛金矿竖井的设计以及支护结构的选择是合理的,该竖井围岩是稳定的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 深井施工国内外技术研究现状
• 1.2.1 深井施工技术国内研究现状
• 1.2.2 深井施工技术国外研究现状
• 1.3 研究意义及研究内容
• 1.3.1 项目的意义目标
• 1.3.2 项目的研究内容
• 1.3.3 研究方法
• 第2章 深竖井开挖过程理论的研究
• 2.1 竖井井筒表土施工
• 2.1.1 竖井表土普通施工法
• 2.1.2 竖井表土特殊施工法
• 2.2 竖井井筒基岩施工
• 2.2.1 井筒支护工作
• 2.2.2 井筒涌水处理
• 2.2.3 竖井施工作业方式
• 2.3 竖井测压力计算
• 2.3.1 松散体理论
• 2.3.2 修正松散体理论
• 2.4 井筒结构计算
• 2.4.1 竖井设计的基本依据
• 2.4.2 竖井工程设计现状
• 2.4.3 竖井衬砌厚度
• 2.5 井筒围岩强度稳定性分析
• 2.5.1 井筒围岩支护前稳定性分析
• 2.5.2 井筒围岩支护后稳定性分析
• 2.6 井筒围岩变形稳定性分析
• 2.6.1 围岩塑性区半径确定
• 2.6.2 围岩塑性区位移分析
• 2.6.3 变形稳定性校核
• 2.7 弹塑性理论模型
• 2.7.1 屈服准则
• 2.7.2 Drucker-Prager流动准则
• 2.7.3 Druker-Prager理想弹塑性模型
• 2.8 地应力场的确定
• 2.9 本章小结
• 第3章 三山岛矿区的工程地质概况
• 3.1 矿区基本情况
• 3.1.1 山岛金矿地质及开采技术条件
• 3.1.2 深部及外围探矿情况
• 3.1.3 水文工程地质
• 3.1.4 矿床开采技术条件
• 3.2 深井实际施工应存在的问题
• 3.2.1 高应力和岩爆问题
• 3.2.2 地温问题
• 3.2.3 支护技术难题
• 3.2.4 防排水难题
• 3.3 本章小结
• 第4章 金矿深竖井开挖的三维数值模拟
• 4.1 有限元的理论基础
• 4.2 有限元ANSYS简介
• 4.2.1 有限元ANSYS简介
• 4.2.2 有限分析的基本过程
• 4.2.3 ANSYS生死单元技术
• 4.3 计算区域的选取
• 4.4 力学参数确定及单元选取
• 4.4.1 力学参数确定
• 4.4.2 单元的选取
• 4.5 网格化分
• 4.6 加载与初始应力场分析
• 4.7 开挖过程模拟
• 4.8 求解分析
• 4.9 计算结果分析
• 4.9.1 深井围岩的强度稳定性分析
• 4.9.2 深井围岩变形稳定性分析
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介