一種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態(tài)的方法
【專利摘要】本發(fā)明一種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態(tài)的方法，其特征在于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行巷道圍巖水平應(yīng)力的測(cè)試，再結(jié)合數(shù)值模擬計(jì)算軟件對(duì)巷道圍巖所受內(nèi)力及其變形進(jìn)行計(jì)算與分析，為支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供必要的參數(shù)，得出巷道圍巖的破壞模式及其變形特征。其優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明進(jìn)行巷道圍巖應(yīng)力測(cè)試的儀器設(shè)備相對(duì)較為簡(jiǎn)單，該種測(cè)量方法可以較為準(zhǔn)確的測(cè)得巷道圍巖的水平應(yīng)力，再結(jié)合數(shù)值模擬計(jì)算分析軟件可以得出巷道圍巖的較為真實(shí)的受力和變形狀態(tài)，特別適用于巷道穿越高地應(yīng)力區(qū)和斷層破碎帶時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。
【專利說明】—種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態(tài)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及巷道圍巖應(yīng)力測(cè)試和數(shù)值分析領(lǐng)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(tài)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]地下巷道在開挖穿越高地應(yīng)力區(qū)、巖石破碎帶或斷層破碎帶時(shí)要進(jìn)行巷道圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工，用以確保巷道圍巖的整體穩(wěn)定，在進(jìn)行巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的獲取有以下兩種途徑:
一是根據(jù)巷道頂部所覆蓋巖土層的厚度及巖土的基本物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，粗略的進(jìn)行圍巖體所受水平應(yīng)力的計(jì)算，再根據(jù)相關(guān)軟件進(jìn)行巷道圍巖的受力和變形計(jì)算，得出圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，此種方法因水平應(yīng)力的理論計(jì)算值與巷道開挖后應(yīng)力調(diào)整、應(yīng)力重分布后的殘余應(yīng)力值有較大的出入，而使支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算趨于保守。
[0003]另一種方法是在巷道開挖后，即進(jìn)行巷道圍巖變形收斂的量測(cè)，測(cè)出巷道頂部及側(cè)壁變形控制點(diǎn)的絕對(duì)位移值，在根據(jù)巷道巖體的物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)求得巷道圍巖所受應(yīng)力值，但這種方法需連續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，直到變形穩(wěn)定為止，歷時(shí)時(shí)間較長(zhǎng)，監(jiān)測(cè)工作繁瑣，難度也較大，最為主要的是巷道巖體得不到及時(shí)有效的支護(hù)，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(jìn)度，對(duì)施工人員和機(jī)械設(shè)備造成安全隱患。
[0004]基于上述原因，發(fā)明一種能夠準(zhǔn)確測(cè)得巷道圍巖的殘余水平應(yīng)力，結(jié)合數(shù)值模擬計(jì)算，得到較為準(zhǔn)確、合理的巷道支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)，從而保證巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)的及時(shí)設(shè)計(jì)與施工，以解決巷道圍巖支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)的實(shí)效性和準(zhǔn)確性問題，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態(tài)的方法，能夠較為方便的測(cè)得巷道不同方位處的水平應(yīng)力及巷道圍巖的破壞模式及其變形形態(tài)特征。
[0006]本發(fā)明一種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態(tài)的方法，包括有步驟SI和步驟S2，共兩個(gè)步驟；
所述的步驟SI為測(cè)得巷道圍巖殘余應(yīng)力值；
所述的步驟S2為應(yīng)用數(shù)值模擬計(jì)算進(jìn)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(gè)步驟:
步驟101:在巷道側(cè)壁巖石表面預(yù)先布置好測(cè)量元件應(yīng)變片，用應(yīng)變儀記錄量測(cè)元件應(yīng)變片的初始讀數(shù)；
步驟102:用紅藍(lán)鉛筆劃出解除槽的輪廓線，在巖面上切槽，用切割機(jī)進(jìn)行掏槽，槽壁要求平直，且槽的深度應(yīng)大于所選用的液壓枕的尺寸；
步驟103:在掏槽完成后，記錄相應(yīng)應(yīng)變片的讀數(shù)，直到其讀數(shù)穩(wěn)定；
步驟104:用清水將槽內(nèi)的巖粉沖洗干凈，注入摻有早強(qiáng)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(qiáng)劑的M30水泥砂漿填實(shí)，并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，并經(jīng)5?7天時(shí)間進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；
步驟106:啟動(dòng)油泵對(duì)液壓枕分級(jí)加壓，應(yīng)變恢復(fù)，壓力等級(jí)為2MPa，隨著壓力枕所施加的力P的增加，巖體變形逐漸恢復(fù)，逐點(diǎn)記錄壓力P與恢復(fù)變形的關(guān)系；
假設(shè)巖體為理想的彈性體，則當(dāng)應(yīng)變片或應(yīng)變花恢復(fù)到初始讀數(shù)時(shí)，此時(shí)，壓力枕對(duì)巖體所施加的壓力P即為所求巖體的水平應(yīng)力。
[0008]所述的步驟S2，具體實(shí)施如下:
在測(cè)得巷道圍巖的應(yīng)力水平后，應(yīng)用數(shù)值模擬計(jì)算軟件FLAC — 3D軟件進(jìn)行巷道圍巖的受力及變形分析，為支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)，得出巷道圍巖的破壞模式及其變形形態(tài)特征。
[0009]本發(fā)明一種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態(tài)的方法的基本原理是:巖體應(yīng)力被解除，測(cè)量元件讀數(shù)便發(fā)生變化，然后，對(duì)巖體施加壓力，使巖體的應(yīng)變恢復(fù)至應(yīng)力解除前的狀態(tài)；此時(shí)，液壓枕施加的壓力即為解除前巖體受到的應(yīng)力。
[0010]所述的應(yīng)變片2對(duì)稱粘貼于巖槽中心線的兩端。
[0011]本發(fā)明一種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態(tài)的方法的有益效果有以下:該種測(cè)量方法可以較為準(zhǔn)確的測(cè)得巷道圍巖的水平應(yīng)力，用數(shù)值模擬計(jì)算軟件計(jì)算所得出的應(yīng)力和變形，是巷道圍巖體進(jìn)行應(yīng)力重新分布后的真正的殘余應(yīng)力和變形，是支護(hù)結(jié)構(gòu)所受真實(shí)的外力，從而得出的支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)更加合理。
[0012]【專利附圖】

【附圖說明】
圖1為本發(fā)明一種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態(tài)的方法實(shí)施狀態(tài)的正面示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明一種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態(tài)的方法實(shí)施狀態(tài)的側(cè)面剖面示意圖。
[0014]【具體實(shí)施方式】
一種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態(tài)的方法，包括有步驟SI和步驟S2，共兩個(gè)步驟；
所述的步驟SI為測(cè)得巷道圍巖殘余應(yīng)力值；
所述的步驟S2為應(yīng)用數(shù)值模擬計(jì)算進(jìn)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(gè)步驟:
步驟101:在巷道側(cè)壁巖石表面預(yù)先布置好測(cè)量元件應(yīng)變片，用應(yīng)變儀記錄量測(cè)元件應(yīng)變片的初始讀數(shù)。
[0016]步驟102:用紅藍(lán)鉛筆劃出解除槽的輪廓線，在巖面上切槽，用切割機(jī)進(jìn)行掏槽，槽壁要求平直，且槽的深度應(yīng)大于所選用的液壓枕的尺寸；
步驟103:在掏槽完成后，記錄相應(yīng)應(yīng)變片的讀數(shù)，直到其讀數(shù)穩(wěn)定，
步驟104:用清水將槽內(nèi)的巖粉沖洗干凈，注入摻有早強(qiáng)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(qiáng)劑的M30水泥砂漿填實(shí)，并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，并經(jīng)5?7天時(shí)間進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；
步驟106:啟動(dòng)油泵對(duì)液壓枕分級(jí)加壓，應(yīng)變恢復(fù)，壓力等級(jí)為2MPa，隨著壓力枕所施加的力P的增加，巖體變形逐漸恢復(fù)，逐點(diǎn)記錄壓力P與恢復(fù)變形的關(guān)系；
假設(shè)巖體為理想的彈性體，則當(dāng)應(yīng)變片或應(yīng)變花恢復(fù)到初始讀數(shù)時(shí)，此時(shí)，壓力枕對(duì)巖體所施加的壓力P即為所求巖體的水平應(yīng)力。
[0017]所述的步驟S2，具體實(shí)施如下:
在測(cè)得巷道圍巖的應(yīng)力水平后，應(yīng)用數(shù)值模擬計(jì)算軟件FLAC — 3D軟件進(jìn)行巷道圍巖的受力及變形分析，為支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)，得出巷道圍巖的破壞模式及其變形形態(tài)特征。
[0018]本發(fā)明一種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態(tài)的方法的基本原理是:巖體應(yīng)力被解除，測(cè)量元件讀數(shù)便發(fā)生變化，然后，對(duì)巖體施加壓力，使巖體的應(yīng)變恢復(fù)至應(yīng)力解除前的狀態(tài)；此時(shí)，液壓枕施加的壓力即為解除前巖體受到的應(yīng)力。
[0019]根據(jù)圖1、圖2所示，所述的應(yīng)變片2對(duì)稱粘貼于巖槽中心線的兩端，液壓枕I放于巖槽內(nèi)，周圍用摻有早強(qiáng)劑的M30水泥砂漿填實(shí)。
【權(quán)利要求】
1.一種間接得到地下巷道圍巖受力和變形狀態(tài)的方法，其特征在于:包括有步驟Si和步驟S2，共兩個(gè)步驟: 所述的步驟SI為測(cè)得巷道圍巖殘余應(yīng)力值； 所述的步驟S2為應(yīng)用數(shù)值模擬計(jì)算進(jìn)行巷道圍巖的受力及變形分析。
2.根據(jù)權(quán)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(tài)的方法，其特征在于:所述的步驟SI又包含步驟101至步驟106，共六個(gè)步驟: 步驟101:在巷道側(cè)壁巖石表面預(yù)先布置好測(cè)量元件應(yīng)變片，用應(yīng)變儀記錄量測(cè)元件應(yīng)變片的初始讀數(shù)； 步驟102:用紅藍(lán)鉛筆劃出解除槽的輪廓線，在巖面上切槽，用切割機(jī)進(jìn)行掏槽，槽壁要求平直，且槽的深度應(yīng)大于所選用的液壓枕的尺寸； 步驟103:在掏槽完成后，記錄相應(yīng)應(yīng)變片的讀數(shù)，直到其讀數(shù)穩(wěn)定； 步驟104:用清水將槽內(nèi)的巖粉沖洗干凈，注入摻有早強(qiáng)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(qiáng)劑的M30水泥砂漿填實(shí)，并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，并經(jīng)5~7天的時(shí)間進(jìn)行養(yǎng)護(hù)； 步驟106:啟動(dòng)油泵對(duì)液壓枕分級(jí)加壓，應(yīng)變恢復(fù)，壓力等級(jí)為2MPa，隨著壓力枕所施加的力P的增加，巖體變形 逐漸恢復(fù)，逐點(diǎn)記錄壓力P與恢復(fù)變形的關(guān)系； 巖體為理想的彈性體，則當(dāng)應(yīng)變片或應(yīng)變花恢復(fù)到初始讀數(shù)時(shí)，此時(shí)，壓力枕對(duì)巖體所施加的壓力P即為所求巖體的水平應(yīng)力。
3.根據(jù)權(quán)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(tài)的方法，其特征在于:所述的步驟S2，具體實(shí)施如下: 在測(cè)得巷道圍巖的應(yīng)力水平后，應(yīng)用數(shù)值模擬計(jì)算軟件FLAC — 3D軟件進(jìn)行巷道圍巖的受力及變形分析，為支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)，得出巷道圍巖的破壞模式及其變形形態(tài)特征。
4.根據(jù)權(quán)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(tài)的方法，其特征在于:所述的應(yīng)變片(2)對(duì)稱粘貼于巖槽中心線的兩端。
【文檔編號(hào)】G01B13/24GK103901180SQ201410113312
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】李國(guó)祥, 杜坤乾, 趙建海, 展國(guó)偉, 李志朋, 李慶功, 張紅旗, 王靜 申請(qǐng)人:中冶集團(tuán)武漢勘察研究院有限公司