cumt-礦山巖體力學6應力重新分布

1、6 礦山巖體內應力的重新分布6.1 彈性巖體中水平圓形硐室圍巖應力分布6.2 彈性巖體中水平橢圓形硐室圍巖應力計算6.3 彈性巖體中水平矩形硐室圍巖應力分布6.4 存在多個孔時，周圍的應力分布6.5 回采空間周圍應力重新分布6.6 圍巖的極限平衡與支承壓力分布6.7 支承壓力在底板巖層中的傳播6.5 回采空間周圍應力重新分布采場周圍應力分布特點：（1）采場周圍煤體出現應力集中，采空區(qū)范圍出現應力降低；（2）煤壁前方為前支承壓力帶，隨采煤工作面推進不斷變化位置；（3）工作面兩側為側支承壓力帶，分布位置相對固定；（4）相鄰工作面支承壓力疊加影響區(qū)應力集中系數大。6.5 回采空間周圍應力重新分布采場

2、周圍應力分布特點：（5）前（側）支承壓力一般分布形式是：靠近采空區(qū)側部分范圍壓力小于原巖應力，為減壓區(qū)；由減壓區(qū)往里為增壓區(qū)；煤壁到支承壓力峰值之間區(qū)域，煤體處于極限平衡狀態(tài)；峰值往里壓力逐漸降低，最后趨于原巖應力。圖6-23 支承壓力的分區(qū)A-減壓區(qū)；B-增壓區(qū)；C-穩(wěn)壓區(qū)；D-極限平衡區(qū)；E-彈性區(qū)6.6 圍巖的極限平衡與支承壓力分布 假設條件： 巷道可以簡化為無限體中心單圓形孔洞，四周均勻受壓； 巖石為理想彈塑性材料，符合莫爾-庫侖強度理論； 巖石為軟弱巖石，在原巖應力作用下，半徑為R范圍內巖石出現破壞，以外部分仍處于彈性狀態(tài)。6.6 圍巖的極限平衡與支承壓力分布 塑性區(qū)應力分析：（r1

3、 r R）6.6 圍巖的極限平衡與支承壓力分布 塑性區(qū)應力分析：（r1 r R）圖6-22 回采面前方極限平衡區(qū)受力狀態(tài) 回采工作面前支承壓力計算式：6.6 圍巖的極限平衡與支承壓力分布圖6-23 支承壓力的分區(qū)A-減壓區(qū)；B-增壓區(qū)；C-穩(wěn)壓區(qū)；D-極限平衡區(qū)；E-彈性區(qū)6.6 圍巖的極限平衡與支承壓力分布6.7 支承壓力在底板巖層中傳播圖6-24 集中力對半無限體內M點的影響（1）假設： 巖層為完全彈性體；作用力P在M點造成的位移與距離半徑R成反比，與坐標角的余弦成正比。6.7 支承壓力在底板巖層中傳播圖6-24 集中力對半無限體內M點的影響（2）dR段的變形量與應變量：6.7 支承壓力在

4、底板巖層中傳播圖6-24 集中力對半無限體內M點的影響（3）根據邊界條件定系數：取半徑為R的半球面，并假設在d的變化范圍內R是相等的。6.7 支承壓力在底板巖層中傳播圖6-24 集中力對半無限體內M點的影響（3）根據邊界條件定系數： 又，根據底板巖體完全彈性假設，知：6.7 支承壓力在底板巖層中傳播圖6-24 集中力對半無限體內M點的影響（3）根據邊界條件定系數：所以：6.7 支承壓力在底板巖層中傳播圖6-24 集中力對半無限體內M點的影響（4）求Z：6.7 支承壓力在底板巖層中的傳播圖6-25，26 P作用下垂直應力在水平面上及深度上的分布（深度與影響范圍、等應力曲線特征、不同深度分布）卵形

5、壓力泡6.7 支承壓力在底板巖層中的傳播 集中力P作用在半平面體形成的空間應力分布情況，揭示了應力在底板巖體內的傳播規(guī)則，是基本解，具有理論意義。 實際工程中很少遇到上述集中載荷作用情況，有了上述基本解，可以進一步用積分的方法，解決其它形式載荷條件下的應力分布問題。6.7 支承壓力在底板巖層中的傳播圖6-27 底板巖層中的應力分布a-煤柱下垂直應力分布；b-側采空煤體下垂直應力分布； （采深800 m，=25 kN/m3）6.7 支承壓力在底板巖層中的傳播圖6-28 多煤層開采時垂直應力的等值分布6.8 圍巖壓力與控制 圍巖與支護的共同作用概念 （1）支護所受壓力及其變形，來自圍巖自身平衡過程

6、中的變形或破裂導致的對支護的作用，圍巖性質及其變化對支護的作用有重要的影響。 （2）支護以自己的剛度和強度抑制巖體變形和破裂的進一步發(fā)展，而這一過程同樣影響支護受力。 （3）圍巖與支護形成一種共同體，其間的耦合作用和互為影響的關系稱為圍巖支護共同作用。6.8 圍巖壓力與控制 圍巖與支護的共同作用概念 （4）巖石地下工程支護兩種極端情況：完全及時支護；完全滯后支護。 （5）支護與圍巖共同作用關系問題，就是支護理論問題，基本方面：支護的對象；圍巖穩(wěn)定的條件；支護與圍巖相互作用機制/關系；支護特性及其設計方法。6.8 圍巖壓力與控制 古典支護理論（普氏地壓學說，1907）： 砂箱拱效應巷道頂部巖石也

7、存在拱效應支護上作用的壓力只是平衡拱內巖石的重量，而與拱外上覆地層無關。6.8 圍巖壓力與控制 古典支護理論（普氏地壓學說，1907）： 兩幫穩(wěn)定時頂壓：6.8 圍巖壓力與控制 古典支護理論（普氏地壓學說，1907）： 兩幫不穩(wěn)定時頂壓：6.8 圍巖壓力與控制 傳統彈塑性支護理論： 6.8 圍巖壓力與控制 傳統彈塑性支護理論（卡斯特納公式）： 6.8 圍巖壓力與控制 傳統彈塑性支護理論（卡斯特納公式）：6.8 圍巖壓力與控制 支護的限制與穩(wěn)定作用理論： 圖6.2-4 均勻壓應力下軸對稱圓形巷道圍巖應力分布圖6.2-5a 支護與圍巖相互作用關系1 以 絕對應力看后續(xù)支護阻力對巷道圍巖的作用圖6.

8、2-5b 支護與圍巖相互作用關系2 以 絕對應力看后續(xù)支護阻力對巷道圍巖的作用圖6.2-6a 支護與圍巖相互作用關系3 以 相對應力看后續(xù)支護阻力對巷道圍巖的作用圖6.2-6b 支護與圍巖相互作用關系4 以 相對應力看后續(xù)支護阻力對巷道圍巖的作用圖6.2-7a 穩(wěn)定支護阻力作用下巷道圍巖極限徑向限制力變化規(guī)律圖6.27b 穩(wěn)定支護阻力作用下巷道圍巖極限切向限制力變化規(guī)律圖6.28 巷道支護阻力對圍巖影響范圍巷道支護限制與穩(wěn)定作用理論區(qū)分巖石摩擦強度時間效應與粘結強度時間效應下的圍巖穩(wěn)定條件：巷道支護限制與穩(wěn)定作用理論關于支護阻力的設計方法極限分析步驟：第一步：計算在限制作用力的作用下，圍巖流動區(qū)、塑性軟化區(qū)和彈性區(qū)范圍與極限應力分布。第二步：在第一步三區(qū)不變下，計算在限制和穩(wěn)定作用力同時作用下，圍巖流動區(qū)、塑性軟化區(qū)和彈性區(qū)極限應力分布。第三步：比較第一、二步結果，其中第一步切向應力是應力、第二步切向應力是圍巖強度，根據穩(wěn)定條件計算支護阻力。圖6.2-4 均勻壓應力下軸對稱圓形巷道圍巖應力分布圖6.27b 穩(wěn)定支護阻力作用下巷道圍巖極限切向限制