巷道圍巖松動(dòng)圈彈塑性分布探討

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

引言

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。

1.巷道的彈塑性基本方程

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。

2 、塑性區(qū)的應(yīng)力與徑向位移

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>

3 、巷道圍巖松動(dòng)區(qū)彈塑性分析

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>

4.討論

(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。