巷道围岩应力测试若干问题的有限元分析

论文摘要

本文对岩体应力测试方法——控制致裂法进行了系统的研究,同时,也探讨了巷道围岩应力测试结果与有限元ABAQUS模拟结果的比较,取得了一些有用的测试和分析结果。控制致裂法的实质是:运用某种控制致裂技术将岩体分别沿二至三个预定方向致裂,再根据各次加压致裂过程的峰值压力(即破裂压力)与岩体应力之间的既定关系求出最大主应力、最小主应力和他们的方向。本文运用的控制致裂技术主要是在巷道的岩体中打两个相互平行的钻孔,然后向这两个测试钻孔用液体同时加压直至岩体沿连接两孔轴线方向破裂,并与用有限元软件模拟的结果进行比较。本文介绍了控制致裂的机理、岩体致裂形态、控制致裂岩体应力测试的理论基础。总之,控制致裂法是在水压致裂法基础上发展起来的一种岩体应力测试的直接法,它避免了使用难于确定的关闭压力,而仅利用破裂压力来确定岩体应力。事实表明,该方法具有简便、可靠、快速、低耗的优点。同时,本文还提出了平行钻孔——套筒致裂法,实践表明:这种方法可以有效地减小测试中所需的破裂压力,尤其适合在高应力区中使用。本文用有限元软件模拟了两个平行钻孔在不同内压作用下,不同孔距作用下的应力,塑性区的分布情况等。并将该结果与理论分析和模拟试验得出的结果进行比较,得到较好的一致性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 地应力概述
• 1.3 地应力测量的基本原理和方法
• 1.4 岩石的物理力学性质
• 1.4.1 岩石的基本构成
• 1.4.2 岩石材料力学属性的特点
• 1.4.3 岩体力学属性的特征及Hoek-brown岩体破坏准则
• 2 围岩应力测试的控制致裂法基本理论
• 2.1 概述
• 2.2 钻孔内压所引起的孔壁切向应力
• 2.3 远距离平行钻孔控制致裂理论
• 2.3.1 按照两个相互垂直方向布置钻孔的控制致裂
• 2.3.2 按三个任意方向布置钻孔的控制致裂
• 2.4 近距离平行钻孔控制致裂理论
• 2.4.1 理论分析方法
• 2.4.2 数值分析方法
• xy=0理论论证'>2.4.3 应力集中系数的f_xy=0理论论证
• 2.5 控制致裂模型试验
• 2.5.1 测试系统及测试方法
• 2.5.2 远距离平行钻孔控制致裂试验
• 2.5.3 近距离平行钻孔控制致裂试验
• 3 巷道围岩应力测试的数值模拟
• 3.1 概述
• 3.2 岩体本构关系的整合
• 3.3 原岩应力场的确定
• 3.3.1 原岩应力场的基本特征
• 3.3.2 自重应力
• 3.3.3 构造应力
• 3.4 本文模型的基本情况
• 3.4.1 模拟步骤
• 3.4.2 材料模式
• 3.4.3 模拟结果分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介