煤矿深立井马头门围岩历时稳定性及其控制技术.pdf

中图分类号婴3 主垒 学科分类号一生地2 Q Q 论文编号 密级公珏 安徽理工大学 博士学位论文 煤矿深立井马头门围岩 历时稳定性及其控制技术 作者姓名主瞳健t 专业名称 塞全挂苤丞王程 研究方向芷出塞全王猩 导师姓名猩挫熬援 导师单位窒徽堡王太堂 答辩委员会主席 王建国教援 论文答辩日期2 0 1 5 年5 月1 0 日 安徽理工大学研究生处 2 0 1 5 年6 月1 0 日 万方数据 D u r a t i o ns t a b i l i t ya n dc o n t r o lt e c h n o l o g yo f d e e ps h a f ti n g a t ei nc o a lm i n e C a n d i d a t e W a n gX i a o j i a n S u p e r v i s o r P r o f ．C h e n gH u a S c h o o lo f E n e r g ya n dS a f e t yE n g i n e e r i n g A n H u iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y N o ．1 6 8 ，S h u n g e n gR o a d ，H u a i n a n ，2 3 2 0 0 1 ，P ．R ．C H I N A 万方数据 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 塞鲎堡王太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示谢意。 学位论文作者签名至望堑 鱼日期讧址年上月Ⅱ日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞徵堡王太堂有保留、使用学位论文 的规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于 塞筮理工太堂。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 保密的学位 论文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名善拟函签字日期p ，3 年二月Ⅸ日 导师摊栅 料嗍邮利月，细 万方数据 摘要 摘要 深井多呈现出工程地质条件复杂、地压大等特点。由于深立井马头门位处矿 井咽喉部位，设计断面大，在施工过程中，围岩反复受到扰动，因此，深立井马 头门破坏的现象时有发生，严重影响围岩稳定性和支护结构安全。针对上述技术 难题，以确保深立井马头门围岩稳定和支护结构安全为目的，采用理论分析、数 值模拟、模型试验和现场实测相结合的研究方法，系统地开展了深立井马头门围 岩历时稳定性分析、控制技术与应用等方面的研究。论文的主要研究工作及成果 如下 1 试验室内展开深部地层砂质泥岩的三轴蠕变试验，在线性伯格斯模型的 基础上建立变参数非线性黏弹塑性伯格斯蠕变本构模型。它可以完整的描述砂质 泥岩在较低应力水平和超过破裂应力水平下的蠕变力学行为。采用莱芬博格一马奎 特算法对该模型的蠕变参数进行了辨识，发现在同一级应力水平下砂质泥岩蠕变 模型的轴向、径向应变参数有所差异，砂质泥岩的蠕变变形具有各向异性的特征， 数值计算二次开发时蠕变模型参数取值需要考虑不同应力水平下岩石蠕变的各向 异性。 2 以淮南某矿副井马头门为原型，建立马头门大型三维数值计算模型，结 合深部地层岩石蠕变试验提出的变参数非线性伯格斯蠕变模型，进行了基于 A B A Q U S 的用户本构模型二次开发，并应用于深立井马头门围岩历时稳定性的三 维数值模拟分析。数值计算揭示了马头门围岩位移场和应力场分布规律以及塑性 区的分布特征。指出随着时间推移和马头门的分步开挖，硐室围岩主要应力集中 区呈现“历时三区转化”规律。建立了一套完整的大型深立井马头门历时数值分 析方法，可对马头门的围岩稳定性进行评价，数值分析结果能够为深立井马头门 围岩变形控制与支护结构优化设计提供有力依据。 3 研制煤矿深立井马头门大型三维物理模型试验装置，首次采用光纤、电 法和电阻式传感器等联合测试系统，得到了煤矿深井马头门分步开挖过程中的应 力场、位移场和松动范围变化规律。由光纤测试结果可知，井筒和马头门交界处 围岩受井筒和马头门开挖影响显著，围岩受影响范围约3 0 0 m m ，相当于实际工程 中的影响范围为1 5 m ；马头门两边围岩受影响范围约2 0 0 m m ，相当于实际工程中 的影响范围为1 0 m 。井筒和马头门开挖，引起围岩应力减少，距离马头门顶板2 ～3 m 处，围岩最小应力降为原岩应力的2 0 ～3 0 ％左右。电法测试系统所测得松动圈厚 度基本为2 0 0 m m ～3 0 0 m m ，和光纤测试结果一致。 4 依据深立井马头门数值计算与模型试验揭示的围岩历时稳定性演化规 万方数据 安徽理工大学博士学位论文 律，结合工程应用监测结果，针对深立井马头门的地质条件、施工过程和支护结 构设计，提出系列深立井马头门围岩变形控制技术。采用地面预注浆技术，加固 马头门上下段井壁围岩及马头门大硐室顶底板围岩，提高软弱岩体的承载能力。 从装药结构、爆破参数以及周边控界爆破技术等方面控制爆破对围岩的扰动。在 马头门大硐室与两侧后续巷道之间施工一排密集深钻孔，隔离邻近硐室施工和变 形扰动对已支护马头门衬砌和围岩的稳定性影响。包括上、下口段井壁，深立井 马头门两侧硐室衬砌混凝土的整体浇筑段长度由目前的3 m 左右加长到6 “ - - 8 m 。 将信号硐室和液压泵站等硐室支护结构与马头门支护结构同时施工，避免后续施 工对己浇筑井壁的扰动影响。针对深立井马头门的围岩赋存深度、主要岩性和断 面尺寸等因素提出连接段井壁和马头门硐室支护结构的分级策略。 5 将深部马头门围岩控制技术成功应用到两淮矿区的多对深立井马头门工 程中。发现深部地层马头门支护结构的钢筋应力、混凝土应变及硐室断面收敛变 化曲线1 0 0 天左右以后逐渐趋缓，马头门围岩与支护结构形成有效共同作用体， 硐室变形得到了有效控制。马头门附近硐室的施工容易造成深立井马头门变形加 速，严重的会造成结构的破损，因此需要实时监测马头门大硐室支护结构的内部 受力和表面收敛，必要时采取壁后注浆加固围岩和锚索梁加固衬砌结构等补强措 施，确保深井马头门的稳定。 伴随国内外煤矿资源采掘深度逐渐加大，深立井马头门围岩控制技术的应用 必将得到重视和推广。 图【1 4 9 ]表【1 1 】参[ 1 4 1 ] 关键词煤矿；深部地层；马头门；稳定性；支护结构；控制技术 分类号T D 3 5 4 I I 万方数据 摘要 A b s t r a c t C o a ln l i n e sh a v ec h a r a c t e r i s t i c ss u c ha Sc o m p l e xg e o l o g i c a lc o n d i t i o n s ，l a r g e g r o u n dp r e s s u r ea n do t h e r si nd e e ps t r a t a ．B e c a u s ed e e ps h a nc o n n e c t e dc h a m b e r s l o c a t e da tt h et h r o a to fm i l l es y s t e m ，l a r g es e c t i o no f c h a m b e r si sd e s i g n e da n dr o c k w a sr e p e a t e d l yd i s t u r b e di nc o n s t r u c t i o np r o c e s s ，d e e ps h a f tc o n n e c t e dc h a m b e r s d a m a g eo c c u r r e d ，t h es t a b i l i t yo fs u r r o u n d i n gr o c kW a Ss e r i o u s l ya f f e c t e da n dt h e s u p p o r t i n gs t r u c t u r es a f e t yw a sd e c r e a s e d ．I nr e s p o n s et ot h e s et e c h n i c a lp r o b l e m s ，t o e n s u r et h a tt h es h a 血c o n n e c t e dc h a m b e r ss t a b i l i t ya n ds e c u r i t yo fs u p p o r t i n gs t r u c t u r e ， w eu s es t u d ym e t h o d ss u c ha st h e o r e t i c a la n a l y s i s ，m o d e lt e s ta n df i e l dm e a s u r e m e n t ． D e e ps h a f tc o n n e c t e dc h a m b e r sr o c kd i s t u r b a n c e sm e c h a n i s m ，m e t h o d so fd e s i g n ， c o n t r o lt e c h n o l o g ya n dc o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e sw e r es c i e n t i f i cr e s e a r c h e d ．1 1 1 em a i n r e s e a r c hw o r ka n da c h i e v e m e n t si nd i s s e r t a t i o ni sa sf o l l o w s 1 T r i a x i a lc r e e pt e s ta b o u ts a n d ym u d s t o n ei nd e e pf o r m a t i o nW a sd o n ea t l a b o r a r y , v a r i a b l ep a r a m e t e rn o n l i n e a rv i s c o e l a s t op l a s t i cb u r g e r sc r e e pc o n s t i t u t i v e m o d e lW a se s t a b l i s h e dt h a tb a s e do nt h e l i n e a rb u r g e r sm o d e l ．I tC a nc o m p l e t e l y d e s c r i b ec r e e pm e c h a n i c a lb e h a v i o ro fs a n d ym u d s t o n ca tl o ws t r e s sl e v e la n dh i I g h s t r e s sl e v e lw h i l es p e c i m e nW a Sr u p t u r e d ．U s i n gt h eM a r q u a r d ta l g o r i t h mt h ec r e e p p a r a m e t e r so ft h em o d e lW a si d e n t i f i e d ．I tC a nb ef o u n dt h a tt h ea x i a la n dr a d i a ls l l a l n p a r a m e t e r sa b o u tt h ec r e e pm o d e lw e r ed i f f e r e n tt os a n d ym u d s t o n eu n d e rt h es a m e s t r e s sl e v e l ．T h a ts a n d ym u d s t o n eh a dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fa n i s o t r o p yc r e e pm o d e l p a r a m e t e r ss h o u l db ec o n s i d e r e dw h i l es e c o n d a r yd e v e l o p m e n to fc o n s t i t u t i v em o d e l i nn u m e r i c a lc a l c u l a t i o nW a sc a r r i e do u t ． 2 H u a i n a nc e r t a i nm i n ea u x i l i a r ys h a f ti n g a t eu s e da st h ep r o t o t y p e ，l a r g e t h r e e ．d i m e n s i o n a ln U l T I 酣e a lm o d e lW a se s t a b l i s h e d ．C o m b i n e dw i t hv a r i a b l e p a r a m e t e rn o n l i n e a rc r e e pb u r g e r sm o d e li nr o c kc r e e pt e s to fd e e ps t r a t u m ，s e c o n d a r y d e v e l o p m e n to f u s e rc o n s t i t u t i v em o d e li nn u m e r i c a lc a l c u l a t i o nW a Sc a r r i e do u tb a s e d o nA B A Q U S ．I tW a su s e di nt h r e ed i m e n s i o n a ln u m e r i c a ls i m u l a t i o na n a l y s i sa b o u t d e 印s h a f ti n g a t e r o c km a s sd u r a t i o ns t a b i l i t y ．N u m e r i c a lc o m p u t a t i o n sr e v e a l e d d i s t r i b u t i o n r u l eo ft h ei n g a t er o c km a S sd i s p l a c e m e n tf i e l da n ds t r e s sf i e l da n dt h e s u p p o r t i n gs t r u c t u r em e c h a n i c sc h a r a c t e r i s t i c s ．I tp o i n t e do u tt h a tw i t ht h et i m ee l a p s e d a n ds t a g e de x c a v a t i o no fi n g a t e ，t h em a i ns t r e s sc o n c e n t r a t i o na r e as h o w s ”d u r a t i o n I I I 万方数据 安徽理工大学博士学位论文 t h r e ez o n ec o n v e r t i n g ”r u l e s ．As e to fl a r g ed e e ps h a f ti n g a t ec o m p l e t ed u r a t i o n n u m e r i c a la n a l y s i sm e t h o d sw a se s t a b l i s h e d ，w h i c hc a l la s s e s st h es t a b i l i t yo fi n g a t e r o c km a s s ．T h er e s u l t so fn u m e r i c a la n a l y s i sw e r et h eb a s i so fi n g a t er o c km a s s d e f o r m a t i o nc o n t r o lt e c h n o l o g ya n ds u p p o r to p t i m i z a t i o nd e s i g n ． 3 L a r g et h r e e - d i m e n s i o n a lp h y s i c a lm o d e lt e s td e v i c et od e e pc o a lm i n es h m i n g a t ew a sd e v e l o p e d ．C o m b i n e dt e s t i n gs y s t e mi n c l u d i n go p t i c a l ，e l e c t r i c a la n d e l e c t r i cr e s i s t a n c et y p es e n s o rW a su s e df o rt h ef i r s tt i m e ．S t r e s sf i e l d ，d i s p l a c e m e n t f i e l da n dt h el o o s er a n g ev a r i a t i o nl a w sh a d b e e ng o td u r i n gd e e ps h a Ri n g a t e e x c a v a t i o np r o c e s s ．T h ef i b e rs e n s o rt e s tr e v e a l e dt h a tt h es h a _ Ra n di n g a t ej u n c t i o n r o c km a s sw a ss i g n i f i c a n t l yi n f l u e n c e db ys h a f 【a n di n g a t ee x c a v a t i o n ．T h ea f f e c t e d r a n g ei sa p p r o x i m a t e l y3 0 0 m m ，i n f l u e n c er a n g ee q u i v a l e n tt oi np r a c t i c a le n g i n e e r i n g i s15 m ；a f f e c t e dr a n g eo nb o t hs i d e so fi n g a t er o c km a s si sa b o u t2 0 0 m m ，i n f l u e n c e r a n g ee q u i v a l e n tt oi np r a c t i c a le n g i n e e r i n gi s10 m ．C a u s e db ye x c a v a t i o n ，t h es h a f t a n di n g a t er o c km a s ss t r e s sr e d u c t i o n ．A b o v ei n g a t er o o f2o r3 m ，r o c km a s ss t r e s s d r o pf r o mt h eo r i g i n a lt o 2 0o r3 0p e r c e n t ．E l e c t r i c a lt e s ts y s t e mm e a s u r i n gt h e t h i c k n e s so ft h el o o s e nz o n ei sa b o u t2 0 0 m m - 3 0 0 m m , i tu n i f o r mt ot h eo p t i c a lf i b e r t e s t i n gr e s u l t s ． 4 N u m e r i c a lc a l c u l a t i o na n dm o d e lt e s tr e v e a l e dt h er o c km a s ss t a b i l i t yw i t h t i m ee v o l u t i o no fd e e ps h a l li n g a t e ．C o m b i n e dw i t hm o n i t o r i n gr e s u l t so fe n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n , b a s e do nt h eg e o l o g i c a lc o n d i t i o n ，t h ed e e ps h a f ti n g a t e c o n s t r u c t i o n p r o c e s sa n dt h ed e s i g no fs u p p o r t i n gs t r u c t u r e ，s e r i e sc o n t r o lt e c h n o l o g ya b o u tt h e d e e ps h a f ti n g a t er o c km a s sd e f o r m a t i o nw e r ep u tf o r w a r d ．F r o mt h ea s p e c t so fc h a r g e s t r u c t u r e ，b l a s t i n gp a r a m e t e r sa n dt h es u r r o u n d i n gc o n t r o lb l a s t i n gt e c h n o l o g yt o r e a l i z et h ec o n t r o lo fb l a s t i n go nt h ed i s t u r b a n c eo fr o c km a s s ．B e t w e e nt h ec h a m b e ro f u n d e r g r o u n di n g a t ea n dt w os i d e so f t h es u b s e q u e n tt u n n e lc o n s t r u c t i o nW a sar o wo f d e n s ed e e pd r i l l i n g ．I tC a nr e d u c et h ed i s t u r b a n c eo ns u p p o r t i n gi n g a t el i n i n ga n dr o c k m a s sf r o ma d j a c e n tc h a m b e rc o n s t r u c t i o na n dd e f o r m a t i o n ．T w os i d e so fi n g a t el i n i n g c o n c r e t ep o u r e da to n et i m e ．T h el e n g t hi sl e n g t h e n e df r o m3 mt o6o r8 m ．I n c l u d i n g u p p e ra n dl o w e rs h a f tl i n i n g ，t h es i g n a lo fc h a m b e ra n dah y d r a u l i cp u m ps t a t i o na n d o t h e rc h a m b e rs u p p o r t i n gs t r u c t u r ec o n s t r u c t e da tt h es a m et i m e ．I tc a na v o i dt h e s u b s e q u e n tc o n s t r u c t i o nd i s t u r b a n c eo ns h a f tw h i c hw a se x i s t e db e f o r e ．C l a s s i f i c a t i o n s t r a t e g yi sp r o p o s e dt oc o n n e c ts h a f tl i n i n ga n di n g a t ec h a m b e rs u p p o r t i n gs t r u c t u r e I V 万方数据 摘要 c o n s i d e r i n gd e p t h ，d e e pv e r t i c a ls h a f ti n g a t em a i nl i t h o l o g ya n ds e c t i o ns i z ea n do t h e r f a c t o r s ． 5 T h er o c km a s sc o n t r o lt e c h n o l o g yi ss u c c e s s f u l l ya p p l i e dt os o m ep a i r so f d e e ps h a _ f ti n g a t ep r o j e c ti nH u a i n a n a n dH u a i b e im i n i n g ．R e i n f o r c e ds t e e ls t r e s sa n d c o n c r e t es t r a i no fs u p p o r ts t r u c t u r ea n ds e c t i o nc o n v e r g e n c ec u r v e sv a r i a t e dg r a d u a l l y s l o wt oi n g a t ea f t e r10 0d a y s ．1 n g a t er o c km a s sa n dr e t a i n i n gs t r u c t u r ei n t e r a c t e d e f f e c t i v e l y ．C h a m b e rd e f o r m a t i o nW a se f f e c t i v e l yc o n t r o l l e d ．D e f o r m a t i o nc a nb e e a s i l ya c c e l e r a t e dc a u s e db yc o n s t r u c t i o no fo t h e rc h a m b e r sn e a rt h ed e e ps h a f ti n g a e ． I tw i l lc a u s es e r i o u ss t r u c t u r a ld a m a g es o m e t i m e s ，S Or e a l - t i m em o n i t o r i n go ft h e i n t e m a li n g a t es t r u c t u r ea n ds u r f a c ec o n v e r g e n c ei sn e e d e d ．W a l lb a c kg r o u t i n ga n d a n c h o rl i n i n gs t r u c t u r ew o u l db eu s e dw h e nn e c e s s a r yt oe n s u r et h es t a b i l i t yo ft h e d e 印s h a f ti n g a t e ． W i t ht h em i n i n gd e p t hi n c r e a s eg r a d u a l l ya b o u tc o a lr e s o u r c e sa th o m ea n d a b r o a d ，t h ea p p l i c a t i o no fd e e ps h a f ti n g a t er o c km a s sc o n t r o lt e c h n o l o g yw i l lb ep a i d m o r ea t t e n t i o na n d p r o m o t e d ． F i g u r e [ 1 4 0 】t a b l e [ 11 】r e f e r e n c e [ 1 4 1 】 K e y w o r d s M i n e ；d e e ps t r a t a ；s h a f tc o n n e c t e dc h a m b e r ；s t a b i l i t y ；s u p p o r t i n gs t r u c t u r e ； C o n t r o lT e c h n o l o g y C h i n e s eb o o k sc a t a l o g T D 3 5 4 ． V 万方数据 目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯V I I l 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1 研究的背景和意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．2 ．1 理论分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．2 试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．2 ．3 控制技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 1 ．3 主要研究内容与方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 1 ．3 ．1 研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 6 1 ．3 ．2 研究方法与技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 6 2 、煤矿深部地层岩石蠕变试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18 2 ．1 概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18 2 ．2 砂质泥岩三轴蠕变试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 2 ．2 ．1 主要试验设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 9 2 ．2 ．2 三轴蠕变试验过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 0 2 ．3 砂质泥岩变参数非线性蠕变本构模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 2 ．3 ．1 伯格斯线性蠕变模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 2 2 ．3 ．2 变参数非线性伯格斯蠕变模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 4 2 ．3 ．3 蠕变模型参数辨识方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 6 2 ．3 ．4 蠕变模型参数的辨识与验证⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 2 ．4 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 8 3 深立井马头门围岩历时稳定性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 0 3 ．1 数值模拟软件选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 3 ．2 深立井马头门的原型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 3 ．3 深立井马头门数值计算模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 V T T 万方数据 安徽理工大学博士学位论文 3 ．4 单元类型和本构关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3l 3 ．4 ．1 单元类型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 3 ．4 ．2A B A Q U S 用户本构关系的二次开发⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 3 ．5 模型尺寸及边界条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 3 ．6 马头门开挖与支护数值模拟方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 3 ．7 马头门施工步骤⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 3 ．8 数值计算结果及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 3 ．8 ．1 井筒纵向剖面围岩位移场和应力场⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 2 3 ．8 ．2 马头门横向剖面围岩位移场和应力场⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 0 3 ．8 ．3 各剖面围岩塑性区⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 7 3 ．9 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 8 4 深立井马头门围岩响应规律试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 9 4 ．1 相似准则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 9 4 ．1 ．1 几何相似常数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 0 4 ．1 ．2 相似材料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 1 4 ．1 ．3 荷载相似常数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 3 4 ．2 相似模型实验系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 4 4 ．2 ．1 实验模型制作和安装⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 4 4 ．2 ．2 模型实验测试系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 7 4 ．2 ．3 模型实验加载和测试方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 0 4 ．2 ．4 模型实验井筒和马头门开挖⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 4 ．3 实验结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 3 4 ．3 ．1 围岩应力和变形⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 3 4 ．3 ．2 井筒和马头门衬砌结构内力变化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 0 4 ．3 ．3 围岩松动圈测试结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 2 4 ．4 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。8 5 5 深立井马头门围岩变形控制技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 6 5 ．1 围岩变形控制技术的依据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯