井巷工程(02)

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1、知識(shí)點(diǎn)：1、應(yīng)力的類型及特點(diǎn)；2、巷道圍巖應(yīng)力；第二章:巷道地壓第一節(jié)　概　述一、幾個(gè)概念1、原巖與圍巖沒有受到人類活動(dòng)影響（如掘進(jìn)和回采）的巖體稱做原始巖體，簡(jiǎn)稱原巖。由于井巷掘進(jìn)而使巖體應(yīng)力發(fā)生顯著變化的區(qū)域叫做井巷影響圈，其直徑一般為井巷斷面最大直線尺寸的3－5倍，習(xí)慣上將此范圍內(nèi)的巖體稱為圍巖，既井巷工程周圍的巖石。2、井巷地壓地下巖體在未開掘巷道之前是處于靜止?fàn)顟B(tài)的，既此時(shí)的巖體是三向應(yīng)力處于平衡狀態(tài)。開掘巷道以后，平衡的應(yīng)力狀態(tài)遭到破壞，使得巖體內(nèi)部的應(yīng)力重新分布。表現(xiàn)為巷道周圍的巖體產(chǎn)生變形、位移甚至破壞，直到巖體內(nèi)的應(yīng)力重新達(dá)

2、到平衡。在這一過程中，巷道本身及架設(shè)在其中的支撐物會(huì)受到各種力的作用。3、地壓現(xiàn)象與地壓由于井巷地壓的作用，而引起各種力學(xué)現(xiàn)象，如頂板下沉、底鼓、巷道變形、巖體破壞甚至冒頂片幫，支架嚴(yán)重變形、折斷甚至損壞、大量巖層移動(dòng)及地表發(fā)生塌陷。這種由于地壓的作用，使巷道圍巖和各種人工支撐物產(chǎn)生的變形、移動(dòng)和破壞等現(xiàn)象，統(tǒng)稱地壓現(xiàn)象。由于圍巖的變形或破壞而作用在支架上的壓力稱為地壓。二、原巖應(yīng)力井巷地壓是由井巷掘進(jìn)后，巖體中的應(yīng)力重新分布引起的，要研究掘進(jìn)后巷道周圍的應(yīng)力，必須先了解巷道所在的巖體區(qū)域內(nèi)的原巖應(yīng)力。原巖是指沒有受到人類活動(dòng)影響的巖體，天然

3、存在原巖內(nèi)的與人類活動(dòng)無關(guān)的應(yīng)力，稱原巖應(yīng)力。原巖應(yīng)力按產(chǎn)生的原因，可分為自重應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力和膨脹應(yīng)力。膨脹應(yīng)力就是巖體中水、溫度或瓦斯等氣體壓力所引起的應(yīng)力，也能影響巖體內(nèi)的應(yīng)力大小與分布。如；煤（巖）與瓦斯突出、底鼓、巖漿噴發(fā)等。在這些因素中，自重應(yīng)力普遍存在，而構(gòu)造應(yīng)力取決于該地區(qū)的地殼運(yùn)動(dòng)形態(tài)，往往與大的地質(zhì)構(gòu)造、巖石性質(zhì)有關(guān)。（一）自重應(yīng)力位于一定深度的原巖體，承受著上部巖體的重量及自重，由這個(gè)重量所引起的單位面積上的內(nèi)應(yīng)力，叫自重應(yīng)力。其計(jì)算公式為：在自重應(yīng)力的作用下，在бz的作用方向就會(huì)出現(xiàn)壓縮變形，而在與бz成垂直方向則會(huì)產(chǎn)生

4、側(cè)向變形，但側(cè)向由于相互擠壓受到相鄰巖體的限制，其橫向變形值只能為零，應(yīng)變也為零，既ε2=ε3=0，因而會(huì)形成巖石的側(cè)向應(yīng)力。側(cè)應(yīng)力бｘ＝бｙ＝λбz（λ側(cè)向應(yīng)力系數(shù)0.25－0.43）（二）構(gòu)造應(yīng)力一般情況下，側(cè)向應(yīng)力系數(shù)不大于1，但許多實(shí)測(cè)資料表明：一部分應(yīng)力符合自重應(yīng)力分布規(guī)律，但也有一部分卻是水平應(yīng)力大于垂直應(yīng)力，甚至大很多，其值可達(dá)20，且兩個(gè)方向的水平應(yīng)力也不相等，其方向、大小與地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)。詳見P13表2-1注意：在無構(gòu)造區(qū)域，側(cè)向應(yīng)力系數(shù)是不會(huì)大于1的，其值與巖石性質(zhì)有關(guān)，巖石越堅(jiān)硬其值越小，反之則越大。如水的雙向側(cè)向應(yīng)力系數(shù)

5、為0.5。這里的值大于1，甚至達(dá)20是因?yàn)槠錁?gòu)造應(yīng)力所引起的。構(gòu)造應(yīng)力是由地殼運(yùn)動(dòng)所引起，是一種非常復(fù)雜的自然現(xiàn)象，目前還沒有辦法對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，但它所產(chǎn)生的后果，我們經(jīng)常見到，如斷層、褶曲等。應(yīng)力具有以下幾個(gè)方面的基本特點(diǎn)：地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在巖體中引起的內(nèi)應(yīng)力，此力是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)后還遺留在巖體中的殘余應(yīng)力。特點(diǎn)：1、以水平應(yīng)力為主，水平應(yīng)力以壓應(yīng)力為主。地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)往往是以水平方向擠壓運(yùn)動(dòng)為主。2、變化較大。在構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)中，主應(yīng)力的大小和方向可能有很大變化；兩個(gè)方向的水平應(yīng)力值（σ2、σ3）通常不相等；3、測(cè)定表明，水平應(yīng)力大于垂直應(yīng)力，即σma

6、x＞σmin＞σv式中：σmax—最大水平應(yīng)力；σmin—最小水平應(yīng)力；σv——垂直應(yīng)力；4、巖層越堅(jiān)硬越明顯。構(gòu)造應(yīng)力在堅(jiān)硬巖層中出現(xiàn)一般比較普遍。為什么？三、圍巖應(yīng)力的重新分布1、應(yīng)力重新分布的原因圍巖應(yīng)力就是自重應(yīng)力與構(gòu)造應(yīng)力的疊加，在井巷掘進(jìn)之前，原巖應(yīng)力處于三向應(yīng)力平衡狀態(tài)，它們沿水平方向和垂直方向傳遞。在巖體內(nèi)開挖巷道以后，靠近巷道周圍的巖石有了變形和位移的自由面，破壞了原巖三向應(yīng)力平衡狀態(tài)，使巷道周圍巖體中出現(xiàn)應(yīng)力重新分布，巷道附近的應(yīng)力顯著增加。1、應(yīng)力重新分布的原因當(dāng)巷道圍巖周邊的應(yīng)力值小于巖體強(qiáng)度極限時(shí)，圍巖周邊只產(chǎn)生不大

7、的彈性變形或位移，巷道處于穩(wěn)定狀態(tài)。在這種情況下巷道不需進(jìn)行支護(hù)，為了防止圍巖風(fēng)化，可采用噴漿。反之，巷道周邊巖石將產(chǎn)生非彈性變形或位移。在脆性巖體中，常發(fā)生冒頂、片幫（圖a）；在塑性巖體中，往往出現(xiàn)頂板下沉、兩幫外凸或底板膨脹（圖b）；架設(shè)支架的巷道，如果支架選型不當(dāng)、或強(qiáng)度不夠，也會(huì)使支架變形或破壞（圖c）。2、圍巖應(yīng)力的重新分布的結(jié)果巷道開挖后，圍巖應(yīng)力會(huì)出現(xiàn)重新分布，圍巖應(yīng)力由三向應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槎驊?yīng)力狀態(tài)，促使巖體力學(xué)性質(zhì)改變，使彈性極限和強(qiáng)度降低。如果變化以后的應(yīng)力仍沒超過彈性極限，那圍巖應(yīng)力仍可相對(duì)穩(wěn)定下來——如裸體巷道。如果應(yīng)

8、力超過彈性極限，產(chǎn)生塑性變形，應(yīng)力就會(huì)發(fā)生改變。巷道周邊處于二向應(yīng)力狀態(tài)，與單向受力狀態(tài)一樣，巖體呈脆性，容易發(fā)生破裂。不過離巷道周邊一定距離后，圍巖應(yīng)力逐漸減小，