基于应力判据的圆形巷道围岩岩爆过程模拟及参数影响研究

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本文利用FLAC中剪破坏与拉破坏复合的摩尔-库仑应变软化本构模型,在计算中采用“先加载,后挖洞”的方式,分别模拟了不同水平方向压力、岩石的峰后脆性、洞径尺寸及剪胀角时,圆形巷道的破坏过程及围岩的环向应力分布曲线。为了明确的判断出计算模型中各单元是否发生岩爆,引入徐林生和王兰生提出的环向应力岩爆判据判断几组典型时步模型中各单元发生岩爆的情况,并分析了被监测单元的环向应力分布及演化规律。模拟结果表明,当竖直方向压力一定时,随着水平方向压力的增加,V形坑的顶点和巷道中心的连线与模型水平轴的夹角由小于45°向接近45°发展;巷道围岩中发生破坏的单元数及发生岩爆的单元数均增加;环向应力的峰值增大。随着岩石的峰后脆性的增强,剪切带趋于明显,容易汇合形成V形坑;巷道围岩中发生破坏的单元数及发生岩爆的单元数均增加;环向应力的峰值向围岩内部移动。为了更准确地判断模型中各单元是否发生岩爆,将谷明成-陶振宇岩爆判据引入FLAC中,以判断每一计算时步巷道围岩中的各单元是否发生岩爆及发生岩爆时的岩爆级别。分别模拟了不同洞径及剪胀角条件下的圆形巷道围岩的岩爆过程,分析讨论了洞径及剪胀角对巷道围岩岩爆等级以及围岩中被监测单元的环向应力分布曲线的影响。计算结果表明,随着圆形巷道洞室半径的增加,巷道围岩中发生各级别岩爆的单元数均有所增加;被监测单元的环向应力分布曲线的波动明显增大。剪胀角越大,发生岩爆的单元越难形成岩爆坑,剪切应变增量的高值区越不易向围岩内部延伸;被监测单元的环向应力分布曲线的波动越小。
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