一種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態的方法
2023-09-21 01:53:05
一種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態的方法
【專利摘要】本發明一種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態的方法，其特徵在於現場進行巷道圍巖水平應力的測試，再結合數值模擬計算軟體對巷道圍巖所受內力及其變形進行計算與分析，為支護結構的設計提供必要的參數，得出巷道圍巖的破壞模式及其變形特徵。其優點是本發明進行巷道圍巖應力測試的儀器設備相對較為簡單，該種測量方法可以較為準確的測得巷道圍巖的水平應力，再結合數值模擬計算分析軟體可以得出巷道圍巖的較為真實的受力和變形狀態，特別適用於巷道穿越高地應力區和斷層破碎帶時支護結構的設計計算。
【專利說明】—種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及巷道圍巖應力測試和數值分析領域，具體地說是一種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態的方法。
【背景技術】
[0002]地下巷道在開挖穿越高地應力區、巖石破碎帶或斷層破碎帶時要進行巷道圍巖支護結構的施工，用以確保巷道圍巖的整體穩定，在進行巷道支護結構設計時，支護結構設計參數的獲取有以下兩種途徑:
一是根據巷道頂部所覆蓋巖土層的厚度及巖土的基本物理力學性質參數，粗略的進行圍巖體所受水平應力的計算，再根據相關軟體進行巷道圍巖的受力和變形計算，得出圍巖支護結構設計參數，此種方法因水平應力的理論計算值與巷道開挖後應力調整、應力重分布後的殘餘應力值有較大的出入，而使支護結構的計算趨於保守。
[0003]另一種方法是在巷道開挖後，即進行巷道圍巖變形收斂的量測，測出巷道頂部及側壁變形控制點的絕對位移值，在根據巷道巖體的物理力學性質參數求得巷道圍巖所受應力值，但這種方法需連續進行監測，直到變形穩定為止，歷時時間較長，監測工作繁瑣，難度也較大，最為主要的是巷道巖體得不到及時有效的支護，有可能造成巷道巖體的片幫、坍塌或冒頂，從而影響工程施工進度，對施工人員和機械設備造成安全隱患。
[0004]基於上述原因，發明一種能夠準確測得巷道圍巖的殘餘水平應力，結合數值模擬計算，得到較為準確、合理的巷道支護設計參數，從而保證巷道支護結構的及時設計與施工，以解決巷道圍巖支護設計參數的實效性和準確性問題，具有廣泛的應用價值。
【發明內容】
[0005]本發明提供一種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態的方法，能夠較為方便的測得巷道不同方位處的水平應力及巷道圍巖的破壞模式及其變形形態特徵。
[0006]本發明一種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態的方法，包括有步驟SI和步驟S2，共兩個步驟；
所述的步驟SI為測得巷道圍巖殘餘應力值；
所述的步驟S2為應用數值模擬計算進行巷道圍巖的受力及變形分析。
[0007]所述的步驟SI又包含步驟101至步驟106，共六個步驟:
步驟101:在巷道側壁巖石表面預先布置好測量元件應變片，用應變儀記錄量測元件應變片的初始讀數；
步驟102:用紅藍鉛筆劃出解除槽的輪廓線，在巖面上切槽，用切割機進行掏槽，槽壁要求平直，且槽的深度應大於所選用的液壓枕的尺寸；
步驟103:在掏槽完成後，記錄相應應變片的讀數，直到其讀數穩定；
步驟104:用清水將槽內的巖粉衝洗乾淨，注入摻有早強劑的M30水泥砂漿；
步驟105:將液壓枕放入槽中，其中心要與槽的中線重合，再用摻有早強劑的M30水泥砂漿填實，並使加載的液壓枕外緣埋入巖面，以防止加載過程中巖石的局部破壞，並經5?7天時間進行養護；
步驟106:啟動油泵對液壓枕分級加壓，應變恢復，壓力等級為2MPa，隨著壓力枕所施加的力P的增加，巖體變形逐漸恢復，逐點記錄壓力P與恢復變形的關係；
假設巖體為理想的彈性體，則當應變片或應變花恢復到初始讀數時，此時，壓力枕對巖體所施加的壓力P即為所求巖體的水平應力。
[0008]所述的步驟S2，具體實施如下:
在測得巷道圍巖的應力水平後，應用數值模擬計算軟體FLAC — 3D軟體進行巷道圍巖的受力及變形分析，為支護結構的設計提供設計計算參數，得出巷道圍巖的破壞模式及其變形形態特徵。
[0009]本發明一種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態的方法的基本原理是:巖體應力被解除，測量元件讀數便發生變化，然後，對巖體施加壓力，使巖體的應變恢復至應力解除前的狀態；此時，液壓枕施加的壓力即為解除前巖體受到的應力。
[0010]所述的應變片2對稱粘貼於巖槽中心線的兩端。
[0011]本發明一種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態的方法的有益效果有以下:該種測量方法可以較為準確的測得巷道圍巖的水平應力，用數值模擬計算軟體計算所得出的應力和變形，是巷道圍巖體進行應力重新分布後的真正的殘餘應力和變形，是支護結構所受真實的外力，從而得出的支護結構的設計參數更加合理。
[0012]【專利附圖】
【附圖說明】
圖1為本發明一種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態的方法實施狀態的正面示意圖。
[0013]圖2為本發明一種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態的方法實施狀態的側面剖面示意圖。
[0014]【具體實施方式】
一種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態的方法，包括有步驟SI和步驟S2，共兩個步驟；
所述的步驟SI為測得巷道圍巖殘餘應力值；
所述的步驟S2為應用數值模擬計算進行巷道圍巖的受力及變形分析。
[0015]所述的步驟SI又包含步驟101至步驟106，共六個步驟:
步驟101:在巷道側壁巖石表面預先布置好測量元件應變片，用應變儀記錄量測元件應變片的初始讀數。
[0016]步驟102:用紅藍鉛筆劃出解除槽的輪廓線，在巖面上切槽，用切割機進行掏槽，槽壁要求平直，且槽的深度應大於所選用的液壓枕的尺寸；
步驟103:在掏槽完成後，記錄相應應變片的讀數，直到其讀數穩定，
步驟104:用清水將槽內的巖粉衝洗乾淨，注入摻有早強劑的M30水泥砂漿；
步驟105:將液壓枕放入槽中，其中心要與槽的中線重合，再用摻有早強劑的M30水泥砂漿填實，並使加載的液壓枕外緣埋入巖面，以防止加載過程中巖石的局部破壞，並經5?7天時間進行養護；
步驟106:啟動油泵對液壓枕分級加壓，應變恢復，壓力等級為2MPa，隨著壓力枕所施加的力P的增加，巖體變形逐漸恢復，逐點記錄壓力P與恢復變形的關係；
假設巖體為理想的彈性體，則當應變片或應變花恢復到初始讀數時，此時，壓力枕對巖體所施加的壓力P即為所求巖體的水平應力。
[0017]所述的步驟S2，具體實施如下:
在測得巷道圍巖的應力水平後，應用數值模擬計算軟體FLAC — 3D軟體進行巷道圍巖的受力及變形分析，為支護結構的設計提供設計計算參數，得出巷道圍巖的破壞模式及其變形形態特徵。
[0018]本發明一種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態的方法的基本原理是:巖體應力被解除，測量元件讀數便發生變化，然後，對巖體施加壓力，使巖體的應變恢復至應力解除前的狀態；此時，液壓枕施加的壓力即為解除前巖體受到的應力。
[0019]根據圖1、圖2所示，所述的應變片2對稱粘貼於巖槽中心線的兩端，液壓枕I放於巖槽內，周圍用摻有早強劑的M30水泥砂漿填實。
【權利要求】
1.一種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態的方法，其特徵在於:包括有步驟Si和步驟S2，共兩個步驟: 所述的步驟SI為測得巷道圍巖殘餘應力值； 所述的步驟S2為應用數值模擬計算進行巷道圍巖的受力及變形分析。
2.根據權利要求1所述的一種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態的方法，其特徵在於:所述的步驟SI又包含步驟101至步驟106，共六個步驟: 步驟101:在巷道側壁巖石表面預先布置好測量元件應變片，用應變儀記錄量測元件應變片的初始讀數； 步驟102:用紅藍鉛筆劃出解除槽的輪廓線，在巖面上切槽，用切割機進行掏槽，槽壁要求平直，且槽的深度應大於所選用的液壓枕的尺寸； 步驟103:在掏槽完成後，記錄相應應變片的讀數，直到其讀數穩定； 步驟104:用清水將槽內的巖粉衝洗乾淨，注入摻有早強劑的M30水泥砂漿； 步驟105:將液壓枕放入槽中，其中心要與槽的中線重合，再用摻有早強劑的M30水泥砂漿填實，並使加載的液壓枕外緣埋入巖面，以防止加載過程中巖石的局部破壞，並經5~7天的時間進行養護； 步驟106:啟動油泵對液壓枕分級加壓，應變恢復，壓力等級為2MPa，隨著壓力枕所施加的力P的增加，巖體變形 逐漸恢復，逐點記錄壓力P與恢復變形的關係； 巖體為理想的彈性體，則當應變片或應變花恢復到初始讀數時，此時，壓力枕對巖體所施加的壓力P即為所求巖體的水平應力。
3.根據權利要求1所述的一種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態的方法，其特徵在於:所述的步驟S2，具體實施如下: 在測得巷道圍巖的應力水平後，應用數值模擬計算軟體FLAC — 3D軟體進行巷道圍巖的受力及變形分析，為支護結構的設計提供設計計算參數，得出巷道圍巖的破壞模式及其變形形態特徵。
4.根據權利要求1所述的一種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態的方法，其特徵在於:所述的應變片(2)對稱粘貼於巖槽中心線的兩端。
【文檔編號】G01B13/24GK103901180SQ201410113312
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月25日 優先權日:2014年3月25日
【發明者】李國祥, 杜坤乾, 趙建海, 展國偉, 李志朋, 李慶功, 張紅旗, 王靜 申請人:中冶集團武漢勘察研究院有限公司