深部矩形巷道围岩瞬间卸荷动态响应数值模拟

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浅部不可再生资源的枯竭,矿业工程、水利水电以及交通工程的繁荣,极大的刺激了地下工程向深部的伸展转变。煤岩是一种特殊的可燃性固体沉积岩,有自己的力学特性,特别为深部脆性煤岩巷道开挖时表现出的变形、强度破坏特性。深部煤岩处在特殊的地球物理环境和复杂的应力场中,是与浅部岩体最根本不同的原因。深部特殊的地质条件、开挖诱发的多种问题,不同于传统理论上的浅部工程,浅部开挖的理论及经验不在适用于深部开挖。基于此,本文依据国内的某煤矿地下工程地质情况为背景,以脆性煤样矩形巷道为研究对象,运用有限差分数值仿真软件FLAC 3D对深部矩形巷道围岩瞬间卸荷动态响应进行了数值模拟研究。主要研究内容包括以下几个方面:1.采用Laurent级数利用保角变换建立矩形外域到单位圆内域的映射函数,通过边界条件和域域对应点等条件求解其映射函数。矩形巷道开挖按平面应变问题处理后,利用复变函数理论求解矩形巷道围岩应力解析解。2.利用快速拉格朗日数值仿真软件FLAC 3D建立深部矩形巷道围岩瞬态卸荷动态响应计算模型,模拟了围岩瞬态卸荷动态响应,结合动力学理论,对模拟结果进行分析,结合某巷道开挖的工程实例进行了验证。3.研究了地应力分布情况、开挖面面积、开挖面高宽比、距离掌子面距离、卸荷时间等影响因素对深部矩形隧道瞬态卸荷动力扰动效应的影响。本文的研究将为今后脆性围岩瞬态卸荷方面研究提供参考,对煤矿开采、隧道开挖等工程施工安全提供依据。
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