《弱膠結軟岩巷道錨噴結構加固機理及其動力損傷研究》是依託山東科技大學，由王渭明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：弱膠結軟岩巷道錨噴結構加固機理及其動力損傷研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王渭明
- 依託單位：山東科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
弱膠結軟岩在西部礦區分布廣泛，由於其膠結差、強度低、遇水泥化、自穩性差，給煤礦巷道支護帶來極大的困難，嚴重威脅生產安全，因此有必要研究這類軟岩巷道錨噴結構加固機理；揭示地下水和施工動力對錨噴結構加固的劣化規律；為其可靠、合理的設計提供理論依據和方法。採用模型試驗、現場測試、數值模擬和理論分析相結合的研究方法，在試驗模型內設定裂隙水通道、測試錨桿和測試元件,觀測巷道開挖時在動力荷載和裂隙水作用下錨噴結構加固效應、圍岩應力、應變、鬆動圈的發展規律。選擇典型的弱膠結軟岩巷道，在不同動、靜荷載及物理環境下，測試錨噴結構和巷道圍岩相關參數。分析室內、外試驗結果，揭示掘進動力、裂隙水滲流、岩體泥化等因素對加固效應劣化和圍岩變形失穩的規律，運用流變損傷力學理論建立力學模型和穩定性準則，並將新建的模型和準則嵌入相關計算軟體，進行數值模擬分析，結合試驗信息分析最佳化理論模型。
結題摘要
弱膠結軟岩在西部廣泛分布，由於其膠結差、強度低、遇水泥化、自穩性差，給礦山工程、水利水電工程和交通工程等相關岩土工程施工和維護帶來極大的困難，嚴重威脅生產安全。針對其中的關鍵問題，我們進行了弱膠結軟岩巷道錨噴結構加固機理及其動力損傷研究，掌握了典型弱膠結軟岩變形破壞規律，揭示了圍岩開挖劣化和錨噴結構加固機理，為工程加固提出了可靠的設計理論和施工技術。在弱膠結軟岩的本構關係、損傷機制、強度理論、災變機理、工程錨固效應等方面取得系列理論成果，並在煤礦巷道支護中得到套用，產生了重大經濟效益和安全效益。發表相關論文29篇（其中SCI和EI收錄分別為8和17篇）；授權專利7項（其中發明專利2項）；獲省科技進步獎2項；中國煤炭工業協會科學技術獎2項。培養博士生3名（一篇獲山東省優秀博士學位論文，二篇獲校優秀博士學位論文）。 主要成果歸納如下： （1）建立了弱膠結軟岩、煤單體的本構關係。通過典型礦區弱膠結軟岩和煤體的室內物理力學性質試驗，建立了弱膠結軟岩的損傷本構模型；掌握了峰後劣化規律，提出了弱膠結軟岩體的峰後強度演化方程，並將模型嵌入數值分析軟體進行了數值分析與工程套用。 （2）揭示了煤-岩組合體的等效強度準則及界面效應影響機理。採用變形能等效理論，研究煤、岩交界面的強度影響機制，建立了煤-岩體的等效模型和破壞準則，導出了在界面效應下的應力傳遞及派生應力解析解，探索了煤-岩體的破壞演化機理、破壞的前兆信息和變化規律。 （3）創建了弱膠結軟岩巷道複合頂板錨固效應解析方法，揭示其荷載傳遞機理。採用等效理論和均勻化方法處理錨固區岩體，推出了錨固體的加固效應度量因子和穿層錨桿加固效應與圍岩變形狀態的定量關係，並進一步得到了複雜應力狀態下錨桿屈服失效的參數解析表達式；建立了不同軟硬組合下複合軟岩頂板的數值計算模型，分析了不同岩層賦存狀態、層理面位置和應力水平下錨固體應力的分布規律。 （4）建立了西部典型礦區弱膠結軟岩巷道圍岩的力學模型和錨固模型。針對複合型軟弱岩層對巷道圍岩穩定性影響的厚度效應、剛度效應和強度效應進行分析，考慮岩體的拉、壓彈性模量差異建立了圍岩的損傷力學模型，通過數值方法揭示圍岩的損傷演化機理和變形破壞規律，推導錨固體解析解，確定加固效應量化指標，分析了錨桿的錨固效應，最佳化了支護參數。在伊犁礦區、陝西孟村煤礦等和地質條件類似工程中套用。
