动载作用下邻近巷道围岩动态响应与支护参数的研究

论文摘要

近年来，地下工程建设越来越多，钻眼爆破仍是目前地下工程空间岩石开挖、掘进施工中常用的施工方法。在地下工程的安全性设计时，往往忽视了爆破动力荷载的影响，其结果可能造成地下工程支护结构稳定性受损。本文即主要研究爆破动力荷载对地下岩石巷道稳定性的影响，结合工程实例提出合理的支护方式和支护结构、优化支护参数。根据岩石爆破破碎机理和岩石损伤破坏理论，分析岩石的爆破准静态和动态力学特性、爆破应力波在中远区岩石的传播衰减规律，建立了爆破动载荷作用下的岩石损伤力学模型。较为全面系统的分析了爆破地震波的传播、能量、频幅与危害特征。在此基础上，并根据现场条件，制定爆破振动测试方案，采用先进的Blastmate SeriesⅢ测试仪对巷道掘进爆破地震波进行多点多次监测。对质点振动速度与单段最大起爆药量、地震波传播距离之间的关系进行回归分析，得出比较切合现场实际的回归公式V=200(Q1/3／R)1.51。研究分析爆破地震波对相邻巷道稳定性的影响，继而提出相邻巷道支护结构参数优化方案。数值模拟方法在研究地下巷道围岩稳定性方面具有十分明显的优势，已日益成为稳定性定量评价中不可或缺的重要方法。论文应用FLAC2D软件进行数值模拟，主要分析了既有巷道围岩和支护结构在受邻近爆破影响下的振动速度、应力和支护结构的变形，将各种不同情况的计算结果进行比较和分析，得出了一些关于既有巷道受邻近爆破影响的规律和特点。在对对实测振动速度进行频谱分析的基础上，通过转换，将动力荷载应用到FLAC当中。通过FLAC对岩石锚杆在静载和动载情况下的应力比较和分析，其结果是爆破动载对地下工程支护结构会产生一定的影响，根据分析提出更为合理支护参数。图[57]表[24]参[73]

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外现状
• 1.2.2 国内现状
• 1.3 巷道支护及稳定性分析方法
• 1.3.1 巷道的支护现状简介
• 1.3.2 巷道稳定性分析方法
• 1.4 本文研究主要内容
• 2 动载作用下岩石爆破损伤断裂机理
• 2.1 岩石的力学性质
• 2.1.1 岩石的强度
• 2.1.2 岩石的变形性质和变形指标
• 2.1.3 岩石动态力学性质
• 2.2 岩石爆破损伤断裂理论
• 2.2.1 NAG-FRAG模型
• 2.2.2 Kipp-Grady模型
• 2.3 岩石爆破破碎形式
• 2.3.1 爆炸在无限岩体中的作用
• 2.3.2 爆炸在临近自由面条件下作用
• 2.4 小结
• 3 围岩振速分布与应力波的衰减规律
• 3.1 前言
• 3.2 爆破地震波
• 3.2.1 爆破地震波的分类
• 3.2.2 爆破地震波的传播特性
• 3.2.3 波的传播速度
• 3.3 岩石爆破应力波衰减规律
• 3.3.1 应力波振幅的衰减规律
• 3.3.2 应力波的能量衰减规律
• 3.4 地震波的能量衰减规律
• 3.5 小结
• 4 邻近巷道爆破振速现场测试
• 4.1 爆破振动测试原理
• 4.2 测量仪器
• 4.3 爆破振动现场测试
• 4.3.1 工程概况
• 4.3.2 测点布置与测试方法
• 4.3.3 爆破施工方案
• 4.3.4 测试结果
• 4.4 测试结果分析
• 4.4.1 PPV分析法
• 4.4.2 频谱分析
• 4.5 小结
• 5 动载作用下巷道支护数值模拟及参数优化
• 5.1 概述
• 5.2 锚杆支护原理及支护方案确定
• 5.2.1 锚杆支护机理
• 5.2.2 支护方案确定
• 5.3 岩石锚杆数值模拟
• 5.3.1 FLAC概述
• 5.3.2 模型建立
• 5.3.3 数值模拟
• 5.4 模拟结果分析及支护参数优化
• 6 结论
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果