巷道圍巖加固體力學(xué)特性與穩(wěn)定性分析*

谷拴成，周 攀，黃榮賓

(西安科技大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，陜西 西安 710054)

0 引言

隨著淺部煤炭資源日趨枯竭，煤炭開采逐漸走向深部開采階段，與淺部巷道相比，深部巷道圍巖力學(xué)環(huán)境更加復(fù)雜，深部高應(yīng)力巷道圍巖呈現(xiàn)出非連續(xù)性、非協(xié)調(diào)性大變形、大范圍失穩(wěn)破壞等一系列工程響應(yīng)問題[1-6]。近年來，錨桿支護(hù)技術(shù)已成為煤礦巷道首選的主要支護(hù)方式，我國國有大中型礦井的錨桿支護(hù)率達(dá)到60%以上，有些礦區(qū)甚至達(dá)到100%，使得錨桿支護(hù)技術(shù)得到了快速發(fā)展[7]。深部煤炭開采使得礦井發(fā)生重大安全事故的危險(xiǎn)性增加，嚴(yán)重威脅礦井安全生產(chǎn)。

深部高應(yīng)力、大斷面和軟巖巷道的圍巖穩(wěn)定性控制一直是礦井開采的主要技術(shù)瓶頸之一，國內(nèi)外許多專家、學(xué)者對(duì)此做了大量的理論研究、實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬，取得了豐富的成果。何滿潮等[8]采用現(xiàn)場工程調(diào)查、微觀組構(gòu)實(shí)驗(yàn)等手段，分析了巷道圍巖破壞失穩(wěn)主要是由于支護(hù)體與圍巖在力學(xué)特性上的不耦合造成的；肖同強(qiáng)等[9]采用相似模型試驗(yàn)方法，分析了埋深、構(gòu)造應(yīng)力等因素對(duì)厚頂煤巷道圍巖變形、圍巖應(yīng)力及支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響，揭示了厚頂煤巷道圍巖穩(wěn)定性規(guī)律；徐立功等[10]結(jié)合強(qiáng)度折減法對(duì)隧道開挖過程中圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行數(shù)值分析，研究了隨著折減系數(shù)的變化，隧道圍巖塑性區(qū)的變化情況；李寧等[11]通過數(shù)值模擬試驗(yàn)的方法，建立了能夠考慮初期支護(hù)安全性的圍巖穩(wěn)定評(píng)價(jià)新方法；侯朝炯等[12]研究了錨桿支護(hù)對(duì)錨固范圍巖體峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度的強(qiáng)化作用，分析了錨固體強(qiáng)度強(qiáng)化后對(duì)圍巖塑性區(qū)和破碎區(qū)的控制程度；戴怡文等[13]采用Q系統(tǒng)分級(jí)法、RMR巖體分類和BQ分級(jí)法對(duì)礦區(qū)巖體進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)，結(jié)合塊體理論和三維有限元分析進(jìn)路開挖后頂板的穩(wěn)定性；Pan和Dias采用運(yùn)動(dòng)學(xué)方法結(jié)合強(qiáng)度折減技術(shù)來評(píng)估加固隧道工作面的安全系數(shù)[14]；Anagnostou和Perazzelli基于極限平衡法，提出了一種計(jì)算方法來評(píng)估錨桿加固下的粘性摩擦土中隧道表面的穩(wěn)定性[15]。

上述學(xué)者們提出了不同研究思路，促進(jìn)了地下工程迅速發(fā)展，然而，圍巖穩(wěn)定性分析還沒有形成統(tǒng)一的理論，大多數(shù)停留在定性的或經(jīng)驗(yàn)的水平，缺乏定量的圍巖穩(wěn)定性分析。因此，本文在前人的基礎(chǔ)上，將錨桿與圍巖的復(fù)合體考慮成一種新的支護(hù)結(jié)構(gòu)，將其定義為圍巖加固體，并且求出了圍巖加固體的彈性模量、泊松比、黏聚力和內(nèi)摩擦角的表達(dá)式，在此基礎(chǔ)上建立了圍巖與加固體協(xié)調(diào)變形力學(xué)模型，用加固體變形程度來判斷圍巖穩(wěn)定性，并定義了圍巖穩(wěn)定性系數(shù)，最終提出了圍巖穩(wěn)定性的定量評(píng)價(jià)方法。

1 圍巖加固體定義與力學(xué)模型建立

1.1 定義圍巖加固體

為了增加圍巖的整體性和強(qiáng)度以及達(dá)到支護(hù)圍巖的目的，坑道、隧道、硐室、礦井、巷道、采石場等工程常常使用錨桿作為一種支撐形式。在地下硐室中，為了確定合理的錨桿支護(hù)參數(shù)與評(píng)價(jià)被錨巖體的穩(wěn)定性，采用均勻化方法，從宏觀上將巖體和錨桿的復(fù)合體考慮成材質(zhì)連續(xù)、均質(zhì)、各向同性的圍巖加固體，將加固體看作為一種新的支護(hù)結(jié)構(gòu)，約束深部圍巖變形，如圖1所示。加固體有著與巖體相同的物理性質(zhì)，比如容重、比重、空隙率、吸水率等，相比圍巖物理力學(xué)參數(shù)而言，錨桿的支護(hù)作用使得加固體的變形參數(shù)與強(qiáng)度參數(shù)得到了改善。

圖1 圍巖加固體示意Fig.1 The surrounding rock reinforcement body schematic

1.2 建立力學(xué)分析模型

巷道開挖后，圍巖應(yīng)力重分布使得圍巖向巷道內(nèi)部擠壓變形，通常會(huì)適時(shí)向圍巖打入錨桿，起到約束圍巖變形的作用，將錨桿錨固區(qū)域等效為圍巖加固體后，錨桿支護(hù)圍巖就轉(zhuǎn)化成了加固體約束被錨巖體之外的圍巖變形，同時(shí)加固體在圍巖壓力的作用下也會(huì)產(chǎn)生變形，因此，建立了圍巖與加固體協(xié)調(diào)變形力學(xué)模型，如圖2所示。Es,μs為圍巖的彈性模量與泊松比；Cs，φs為圍巖內(nèi)聚力與內(nèi)摩擦角；E,μ為加固體的彈性模量與泊松比；C，φ為加固體的黏聚力與內(nèi)摩擦角；P為原巖應(yīng)力；R0為巷道半徑；h為加固體厚度，其值等于錨桿長度L；Rq為加固體塑性區(qū)半徑；R1為加固體外緣半徑，且R1=R0+L。

在分析模型時(shí)做如下假設(shè)：

①原巖應(yīng)力為各向等壓狀態(tài)(λ=1)，圍巖與加固體均為連續(xù)、均質(zhì)、各向同性的彈性體。

②錨桿與圍巖緊密聯(lián)接，互補(bǔ)解耦，錨桿沿著洞壁均勻布置，且錨桿作用的影響范圍為相鄰兩錨桿間距的一半。

圖2 力學(xué)分析模型Fig.2 Mechanics analysis model

2 圍巖加固體物理力學(xué)參數(shù)確定

2.1 求解加固體變形參數(shù)E,μ表達(dá)式

為了求得加固體變形參數(shù)，首先將錨桿對(duì)圍巖的支護(hù)作用轉(zhuǎn)化為一組夾緊力，作用于錨桿兩端點(diǎn)處圍巖，如圖3所示，對(duì)在夾緊力作用下的圍巖進(jìn)行彈性分析，求得錨桿兩端點(diǎn)處圍巖的徑向位移。

圖3 錨桿作用下圍巖變形Fig.3 Deformation of surrounding rock under the action of bolt

繼而，在與前者相同的原巖應(yīng)力下，對(duì)圍巖與加固體協(xié)調(diào)變形力學(xué)模型進(jìn)行彈性分析，如圖4所示，求得加固體內(nèi)外邊緣的徑向位移，根據(jù)兩者引起圍巖的變形相同建立等效條件(錨桿兩端點(diǎn)處圍巖徑向位移相等)，即可推導(dǎo)出加固體的變形參數(shù)。

圖4 加固體作用下圍巖變形Fig.4 Deformation of surrounding rock under the action of the reinforcement body

2.1.1 錨桿作用下圍巖變形

錨桿軸力由預(yù)緊力和圍巖變形引起，錨桿軸力分布為:

(1)

式中：P1為錨桿預(yù)緊力，kN；Δl錨桿伸長量；L為錨桿長度，m；A為單根錨桿橫截面積，m2；Eb為錨桿彈性模量，GPa。

將錨桿的支護(hù)作用等效為一組應(yīng)力p,q，則:

(2)

式中：Sl為錨桿排距，m；Sr為錨桿間距，m。

圍巖應(yīng)力與位移表達(dá)式為:

(3)

式中：i=1表示錨固體，i=2表示錨固體外的圍巖。

邊界條件：在r=R0處，σr1=-p；在r=R1處，σr2=σr1+q，ur1=ur2；在r→∞處，σr2=-P。

將邊界條件帶入式(3)求得Ai,Ci，即可得到錨桿兩端點(diǎn)處圍巖位移為:

(4)

錨桿伸長量可表示為:

Δl=ur1(R1)-ur1(R0)

(5)

2.1.2 加固體作用下圍巖變形

(6)

式中：j=3表示加固體，j=4表示加固體外的圍巖；E3=E，μ3=μ，E4=Es，μ4=μs。

邊界條件：在r=R0處，σr3=0；在r=R2處，σr3=σr4，ur3=ur4；在r→∞處，σr4=-P。

將邊界條件代入式(6)可解的Aj,Cj，即可求得錨桿兩端點(diǎn)處圍巖的位移:

(7)

(8)

(9)

當(dāng)圍巖中未施加錨桿，即Eb=0或db=0，帶入前面推導(dǎo)可得p=0，q=0，將p,q帶入式(8)、(9)可得E=Es，μ=μs。

2.2 求解加固體強(qiáng)度參數(shù)C,φ表達(dá)式

加固體的內(nèi)摩擦角由錨桿的內(nèi)摩擦角、巖土體內(nèi)摩擦角和摩擦面上的應(yīng)力狀態(tài)決定，已有研究表明，加固體的內(nèi)摩擦角與錨固前土體的內(nèi)摩擦角相比變化很小[16-17]，即:

φ=φs

(10)

錨固巖體的最大主應(yīng)力方向與錨桿垂直，則錨固體主破裂面方向與最大主應(yīng)力方向的夾角為:

在圍巖錨固區(qū)內(nèi)錨桿與圍巖協(xié)調(diào)變形，錨桿通過軸向受力改善了圍巖應(yīng)力狀態(tài)，同時(shí)也提高了圍巖內(nèi)聚力[18]，則加固體內(nèi)聚力為:

(11)

當(dāng)圍巖中未施加錨桿，即Eb=0或db=0，帶入前面推導(dǎo)可得錨桿軸力F=0，將F帶入式(11)可得C=Cs。

3 模型求解與圍巖穩(wěn)定評(píng)價(jià)

3.1 求解模型

對(duì)圖2力學(xué)模型進(jìn)行彈塑性分析，由平衡方程和屈服條件可得加固體塑性區(qū)應(yīng)力分量為:

(12)

式中：N為加固體塑性系數(shù)，且:

對(duì)圍巖和加固體彈性區(qū)建立平衡方程、幾何方程和物理方程可解得圍巖與加固體彈性區(qū)應(yīng)力分量為:

(13)

式中：z=5表示在該模型加固體外的圍巖，z=6表示加固體彈性范圍；E5=Es，μ5=μs，E6=E，μ6=μ。

圍巖與加固體協(xié)調(diào)變形模型的邊界條件為:

(14)

在加固體彈性區(qū)內(nèi)，當(dāng)r=Rq時(shí)，材料剛進(jìn)入屈服狀態(tài)，應(yīng)力分量應(yīng)滿足M-C屈服條件，即:

(15)

由式(12)、(13)、(14)和(15)可求出Az,Cz，即可解得Rq與圍巖、錨桿參數(shù)之間的關(guān)系表達(dá)式。

(16)

由前面推導(dǎo)可知，當(dāng)圍巖中未施加錨桿時(shí)，可得到加固體物理力學(xué)參數(shù)與圍巖物理力學(xué)參數(shù)相等，即E=Es，μ=μs，φ=φs，C=Cs，將圍巖與加固體物理力學(xué)參數(shù)帶入式(16)解得Rq為:

式中：Rp為未支護(hù)錨桿時(shí)修正的芬納公式表達(dá)的圍巖塑性區(qū)半徑。

3.2 圍巖穩(wěn)定評(píng)價(jià)方法

經(jīng)過前面推導(dǎo)可知，首先要保證巷道洞壁位移不大于巷道允許出現(xiàn)的最大位移，不影響巷道正常使用，其次必須保證錨桿未失效，若錨桿失效，加固體承載結(jié)構(gòu)則不能形成，最后必須保證加固體承載結(jié)構(gòu)未完全屈服，即使部分屈服仍然能夠約束深部圍巖變形，控制圍巖穩(wěn)定。用加固體的變形程度來判斷錨桿支護(hù)效果以及圍巖穩(wěn)定性，能夠優(yōu)化錨桿參數(shù)，避免錨桿支護(hù)不足或支護(hù)過剩。

(1)巷道洞壁位移

假設(shè)塑性區(qū)體積不可壓縮，僅僅形狀改變，則巷道洞壁位移為:

u0=Rqur6(Rq)/R0≤[u]

(17)

式中：[u]為巷道洞壁允許的最大位移。

(2)錨桿軸力

(18)

式中：[F]為錨桿允許的最大拉力。

(3)定義圍巖穩(wěn)定性系數(shù)

當(dāng)原巖應(yīng)力很小或者錨桿支護(hù)強(qiáng)度很高時(shí)，加固體全部處于彈性狀態(tài)，表明圍巖穩(wěn)定性好，當(dāng)原巖應(yīng)力很大或者錨桿支護(hù)強(qiáng)度很低時(shí)，加固體全部處于塑性狀態(tài)，表明圍巖穩(wěn)定性差，圍巖即將或者已經(jīng)失穩(wěn)，因此，在特定的原巖應(yīng)力下，合理的錨桿支護(hù)會(huì)使得加固體部分屈服，但仍能夠約束深部圍巖變形，較好地控制圍巖穩(wěn)定性，因此，圍巖穩(wěn)定系數(shù)k表示在原巖應(yīng)力P作用下加固體彈性區(qū)范圍在整個(gè)加固體中所占比例。當(dāng)k=0，則加固體全部處于塑性狀態(tài)，圍巖穩(wěn)定性很差；當(dāng)0

(19)

4 算例分析

4.1 求解算例

某巷道的開挖斷面為拱形，其截面尺寸為5.4 m×4.27 m，按巷道最大半圓計(jì)算偏于安全，則等效圓半徑為R0=2.74 m，巖體的彈性模量Es=2.1×103MPa，圍巖泊松比μs=0.3，圍巖內(nèi)聚力Cs=0.6 MPa，圍巖內(nèi)摩擦角φs=31°，原巖應(yīng)力P=4.5 MPa。對(duì)該巷道進(jìn)行錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)，錨桿支護(hù)參數(shù)如表1所示。

表1 錨桿支護(hù)參數(shù)Table 1 Bolt support parameters

將圍巖與錨桿參數(shù)帶入第2章推導(dǎo)公式中可解得圍巖加固體物理力學(xué)參數(shù)，如表2所示。計(jì)算過程如下：

將圍巖參數(shù)與錨桿參數(shù)帶入式(1)～(5)可得到關(guān)于錨桿伸長量Δl的方程式，可解得:

Δl=8.254×10-4m

將Δl帶入式(1)、(2)得到錨桿軸力F、作用于洞壁的壓力p和作用于錨桿遠(yuǎn)端處圍巖的壓力q，即:

F=72.689 kN，p=89.739 kN，q=47.838 kN

將F，p和q帶入式(8)～(11)可解得圍巖加固體變形參數(shù)與強(qiáng)度參數(shù)，即:

2.187 GPa

表2 物理參數(shù)對(duì)比Table 2 Comparison of physical parameters

由表2可看出，與圍巖參數(shù)相比，加固體彈性模量和內(nèi)聚力分別增加了4.12%和5.7%，加固體泊松比減少了1.40%，可知，錨桿支護(hù)對(duì)圍巖加固體內(nèi)聚力影響最大。

將圍巖、錨桿和加固體參數(shù)帶入式(16)可解得Rq=4.26 m，由式(17)、(18)可解得巷道洞壁位移u0=19.10 mm，F(xiàn)=245.38 kN<[F]=350 kN，由式(19)可求得k=0.365，可以看出依照傳統(tǒng)支護(hù)理論設(shè)計(jì)的錨桿支護(hù)參數(shù)能較好保證圍巖穩(wěn)定，但錨桿強(qiáng)度未完全發(fā)揮，因此調(diào)整錨桿間排距為1.2 m×1.2 m，同時(shí)增加錨桿預(yù)緊力到100 kN，則在新的支護(hù)方案下，錨桿軸力F=296.06 kN<[F]=350 kN，巷道洞壁位移u0=19.08 mm，圍巖穩(wěn)定系數(shù)k=0.367。

將調(diào)整錨桿支護(hù)前后的理論計(jì)算值與實(shí)測值進(jìn)行分析來驗(yàn)證本文理論的合理性，如表3所示。

由表3可知，在方案1,2支護(hù)下，理論計(jì)算得到的洞壁位移與實(shí)測值分別相差1.43 mm和1.27 mm，理論計(jì)算得到的錨桿軸力與實(shí)測錨桿軸力分別相差4.16 kN和3.33 kN，從而驗(yàn)證了圍巖加固體理論的合理性。對(duì)比分析可知，在新的支護(hù)方案下，不僅保證了巷道圍巖穩(wěn)定性，而且有效發(fā)揮了錨桿承載能力，節(jié)約了錨桿用量，還能實(shí)現(xiàn)錨桿支護(hù)參數(shù)優(yōu)化。

表3 支護(hù)效果分析Table 3 Analysis of bolt support effect

4.2 錨桿支護(hù)參數(shù)對(duì)圍巖穩(wěn)定性影響分析

下面結(jié)合算例，分析不同錨桿支護(hù)強(qiáng)度對(duì)巷道洞壁位移以及塑性區(qū)范圍的影響，計(jì)算選用MATLAB軟件。

1)錨桿長度、間排距組合影響規(guī)律

其他支護(hù)條件不變，僅僅改變錨桿長度與間排距來分析圍巖穩(wěn)定性系數(shù)k的變化，如圖5所示。

圖5 錨桿長度、間排距對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響Fig.5 Influence of bolt length and spacing on stability of surrounding rock

由圖5可以看出，圍巖穩(wěn)定性隨著錨桿長度增加而提高，但隨著錨桿長度增大，圍巖穩(wěn)定系數(shù)k的增幅在減小，當(dāng)錨桿長度小于1.5 m時(shí)，圍巖穩(wěn)定系數(shù)k=0，表明支護(hù)強(qiáng)度不夠，加固體全部屈服，圍巖穩(wěn)定性很差，當(dāng)錨桿長度由1.5 m增大到4.2 m時(shí)，圍巖穩(wěn)定系數(shù)k提高了0.623；圍巖穩(wěn)定系數(shù)k隨著錨桿間排距增加而減小，但隨著錨桿間排距增大，圍巖穩(wěn)定系數(shù)k的變化幅度也在減小，當(dāng)錨桿間排距由0.6 m×0.6 m增大到1.2 m×1.2 m時(shí)，圍巖穩(wěn)定系數(shù)k減小了0.055；還可以看出，當(dāng)錨桿設(shè)計(jì)長度較短時(shí)，要保持圍巖穩(wěn)定性不降低，可以較密布置錨桿。因此，錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循長而疏、短而密的原則。

2)錨桿預(yù)緊力影響規(guī)律

其他支護(hù)參數(shù)不變，只改變錨桿所受到的預(yù)緊力大小來分析預(yù)緊力對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響，如圖6所示。

圖6 錨桿預(yù)緊力對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響Fig.6 Influence of bolt preload on stability of surrounding rock

由圖6可以看出，圍巖穩(wěn)定系數(shù)k隨著錨桿預(yù)緊力增加而增大，錨桿預(yù)緊力與圍巖穩(wěn)定系數(shù)k成線性變化，當(dāng)預(yù)緊力增大到175.4 kN時(shí)，錨桿軸力F=[F]=350 kN，如果預(yù)緊力繼續(xù)增大，錨桿失效，圍巖穩(wěn)定性系數(shù)k與未施加錨桿時(shí)相等，此時(shí)k=0.329。當(dāng)錨桿預(yù)緊力由0增加到175.4 kN時(shí)，圍巖穩(wěn)定系數(shù)k增加了0.077。

3)錨桿彈性模量與直徑影響規(guī)律

錨桿彈性模量與直徑對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響，如圖7所示。

圖7 錨桿彈性模量、直徑對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響Fig.7 Influence of the elastic modulus and diameter of the bolt on the stability of surrounding rock

由圖7可以看出，圍巖穩(wěn)定系數(shù)隨著錨桿直徑增大而增大，隨著錨桿直徑越大，k值的增幅越大，當(dāng)錨桿直徑由16 mm增大到25 mm時(shí)，圍巖穩(wěn)定系數(shù)k增加了0.01；圍巖穩(wěn)定系數(shù)隨著錨桿彈性模量增加而勻速增加，當(dāng)錨桿彈性模量由190 GPa增大到210 GPa時(shí)，圍巖穩(wěn)定系數(shù)k增加了0.001。因此，錨桿直徑與彈性模量對(duì)圍巖穩(wěn)定性影響較小。

4.3 圍巖物理力學(xué)參數(shù)對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響分析

圍巖物理力學(xué)參數(shù)對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響，如圖8所示。

圖8 圍巖物理力學(xué)參數(shù)對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響Fig.8 Influence of physical and mechanical parameters of rock mass on stability of surrounding rock

由圖8可知，當(dāng)圍巖彈性模量由1.5 GPa增大到3 GPa時(shí)，圍巖穩(wěn)定系數(shù)減小了0.007；當(dāng)圍巖泊松比由0.25增加到0.35時(shí)，圍巖穩(wěn)定系數(shù)提高了0.172；這是因?yàn)楫?dāng)圍巖彈性模量越小或者泊松比越大時(shí)，圍巖變形較大，錨桿發(fā)揮的支護(hù)作用增加，使得圍巖加固體的物理力學(xué)參數(shù)較巖體的物理力學(xué)參數(shù)大了許多，從而增加了圍巖的穩(wěn)定性，但圍巖較軟，變形過大也可能使錨桿屈服，失去支護(hù)效果，降低了圍巖穩(wěn)定性。當(dāng)圍巖黏聚力由0.5 MPa增大到1.5 MPa時(shí)，圍巖穩(wěn)定系數(shù)增加了0.589；當(dāng)圍巖內(nèi)摩擦角由25 °增大到35°時(shí)，圍巖穩(wěn)定系數(shù)增加了0.530?？芍?，圍巖黏聚力與內(nèi)摩擦角對(duì)圍巖穩(wěn)定性影響較大，當(dāng)支護(hù)參數(shù)相同時(shí)，圍巖越硬，穩(wěn)定性越好。

4.4 工程參數(shù)對(duì)圍巖穩(wěn)定性影響分析

工程參數(shù)對(duì)圍巖穩(wěn)定性影響，如圖9所示。

圖9 工程參數(shù)對(duì)圍巖穩(wěn)定性影響Fig.9 Influence of engineering parameters on the stability of surrounding rock

由圖9可以看出，圍巖穩(wěn)定系數(shù)隨著原巖應(yīng)力增加而減小，并且呈線性變化，當(dāng)原巖應(yīng)力由3 MPa增加到6 MPa時(shí)，圍巖穩(wěn)定系數(shù)減小了0.449；圍巖穩(wěn)定系數(shù)隨著巷道半徑增大而減小，當(dāng)巷道半徑由2.74 m增加到3.74 m時(shí)，圍巖穩(wěn)定系數(shù)減小了0.244。還可以看出，當(dāng)原巖應(yīng)力較高時(shí)，巷道開挖半徑較小也能保證圍巖穩(wěn)定。

5 結(jié)論

1)定義了圍巖加固體概念，建立了圍巖與加固體協(xié)調(diào)變形力學(xué)模型，提出了依靠加固體變形程度來評(píng)價(jià)圍巖穩(wěn)定性的方法。

2)推導(dǎo)出了圍巖加固體物理力學(xué)參數(shù)表達(dá)式，將加固體參數(shù)帶入力學(xué)模型中，導(dǎo)出了巷道圍巖應(yīng)力與位移表達(dá)式，定義了圍巖穩(wěn)定系數(shù)，求得了巷道洞壁位移、錨桿軸力和圍巖加固體塑性區(qū)半徑。

3)錨桿支護(hù)后，與巖體物理力學(xué)參數(shù)相比，加固體彈性模量和黏聚力增加了4.12%和5.7%，加固體泊松比減少了1.40%，可知，錨桿支護(hù)對(duì)圍巖加固體黏聚力影響最大。

4)巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)遵循長而疏、短而密的原則，但錨桿長度增加到一定值后，錨桿長度變化對(duì)圍巖洞壁位移影響很小，圍巖穩(wěn)定性提高的幅度在降低；錨桿預(yù)緊力與圍巖穩(wěn)定性成線性變化，預(yù)緊力增加到一定值后，錨桿由于屈服而失去支護(hù)效果；錨桿彈性模量與直徑對(duì)為巖穩(wěn)定性影響較小。

5)巖體的彈性模量與泊松比對(duì)圍巖穩(wěn)定性影響較小，而巖體黏聚力與內(nèi)摩擦角對(duì)圍巖穩(wěn)定性影響較大；圍巖穩(wěn)定性與原巖應(yīng)力呈線性變化，當(dāng)原巖應(yīng)力較大時(shí)，開挖半徑較小也能保證圍巖穩(wěn)定。

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