课题基金 / 基金详情

深部地下硐室高应力下围岩大变形破坏机制与稳定性控制

批准号:
52074116
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
张道兵
依托单位:
学科分类:
矿山开采基础理论
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张道兵

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
针对围岩高应力、大变形、强流变、强时效等综合因素系统分析深部地下硐室稳定性是目前尚未解决的关键技术难题,尤其深部煤矿安全开采、川藏铁路正常建设、水电超大硐室支护更是世界级难题和技术瓶颈。本项目在充分认识深部地下硐室围岩应力环境、力学特性的基础上,采用相似模拟实验、物理力学试验、理论研究、数值分析、现场测试与试验相结合的综合研究手段,揭示深部岩石损伤破坏特征、流变机理与硐室围岩应力场-能量场演化规律、大变形时空演化规律,构建深部地下硐室运动许可的速度场、静力容许的应力场与二维、三维围岩破坏机制,推导线性与非线性破坏准则下深部地下硐室围岩压力解析解,建立深部地下硐室失稳判别准则与多失效模式相关下复杂结构体系可靠性分析模型,开发适应于深部地下硐室的柔性、让压、超强支护新材料,提出深部地下硐室围岩控制原理、支护方案与控制关键技术,为深部地下硐室合理设计、安全建设与有效运行提供理论基础和技术支撑。
英文摘要
It is a key technical problem to analyze the stability of deep underground cavity systematically that has not been solved in underground engineering field, according to the comprehensive factors such as high stress, large deformation, intensive rheological, stronger aging of surrounding rocks, especially it is a world-class problem and technical bottleneck for the safe of deep coal mining, building of Sichuan-Tibet highway, supporting of super hydroelectric cavity. This project is based on a full understanding of the stress environment and mechanical characteristics of surrounding rocks in deep underground cavity, the combination of similar simulation experiment, physico-mechanical text, theoretical research, numerical simulation and field test is used, the deep rock damage and failure characteristics, the rheological mechanisms and the evolution laws of stress field and energy field in surrounding rocks, and the evolution laws of large deformation in time and space are revealed, the allowable velocity field, the allowable stress field and 2D and 3D surrounding rocks failure mechanisms are constructed, the calculation formulas of rock pressure in deep underground cavity under linear and nonlinear failure criterion are derived, the complex structure system reliability models with multiple correlated failure modes and the criterions of surrounding rocks instability in deep underground cavity are established, new flexible, yielding, super strong supporting materials are developed what adapt to deep underground cavity, support strategies and key control technology of control principle of surrounding rocks of deep underground cavity are put forward, it provides theoretical basis and technical support for safe construction and effective operation of deep underground cavity.
目前,在深部资源开采和工程建设中,保障地下硐室围岩稳定性至关重要。本项目揭示了不同应力环境下深部岩体的损伤破坏特征,并基于能量耗散理论构建了深部地下硐室围岩变形破坏机制,建立了多失效模式下围岩失稳判别准则,阐述了高地应力、孔隙水压力、冻胀力以及地震力等外部因素对地下硐室围岩稳定性的影响,针对性提出了地下硐室围岩稳定性控制技术。研究表明:花岗岩在低围压(2MPa)与围压(30MPa)下表现为轴向劈裂破坏与压剪破坏;加筋可有效控制孔洞变形,稳定性提高约25%;围岩压力随岩石重力和硐室尺寸的增大而增大,随黏聚力和内摩擦角的增大而减小;Hoek-Brown破坏准则参数地质强度指标、岩体常数和抗压强度增大时,深部地下硐室围岩压力减小,而扰动因子增大则导致围岩压力增加;在高围压下,通过支护(钢筋水泥砂浆)后半圆拱形开挖面相对于圆形与方形开挖面对裂纹扩展的抑制更有效;基于可靠度理论,隧道开挖面随着支护力增大失效概率成减小,可靠指标成增大,随着岩体重度、水位线高度、孔隙水压力系数增大,失效概率增大,可靠指标减小。研究成果可推广应用于深部地下硐室、隧道及矿山工程的支护设计,对于提升工程安全性和长期稳定性具有重要科学价值和工程意义。
湖南省资源开采与技术装备概念验证中心培育
  • 批准号:
    2026ZYT009
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2026
  • 负责人:
    张道兵
  • 依托单位:
多失效模式相关下深部巷道锚杆支护结构稳定性研究
  • 批准号:
    2019JJ40082
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    张道兵
  • 依托单位:
基于非线性能量耗散理论的地下硐室稳定性研究
  • 批准号:
    51674115
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    张道兵
  • 依托单位:
国内基金
海外基金