基于复变函数理论的巷道围岩稳定性分析

• Published in: 煤炭科学技术 Vol. 50; no. 4; pp. 58 - 66
• Main Authors: 王志强, 黄鑫, 武超, 石磊, 苏泽华
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国矿业大学(北京)煤炭安全开采与地质保障国家级实验教学示范中心,北京 100083 23.05.2022; 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 100083; 中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室,北京 100083
• Subjects: 围岩塑性区; 复变函数; 双向不等压; 巷道围岩
• ISSN: 0253-2336
• DOI: 10.13199/j.cnki.cst.2019-1004

TD353; 针对双向不等压直墙半圆拱形巷道围岩塑性区的解析问题,基于Mohr-Coulomb强度准则,通过复变函数中的保角变换的方法将物理平面非圆形弹性区域映射到像平面的单位圆外域进行求解,将确定弹塑性区的交界问题转化为映射函数系数的求解问题.得到巷道围岩应力复变函数解以及巷道围岩塑性区的范围,并通过FLAC3D数值模拟的手段对理论计算的准确性进行验证分析.研究结果表明:通过复变函数理论能够较为准确地得到直墙半圆拱形巷道塑性区范围的理论计算公式,结合公式可以发现影响直墙半圆拱形巷道围岩塑性区发育的影响因素为巷道断面尺寸(包括巷道宽度,直墙高度以及拱高)、垂直应力、侧压系数、黏聚力以及内摩擦角的大小,将理论应用于工程实例计算分析,采用单因素分析的方法对黏聚力和内摩擦角进行数值模拟分析,提取数值模拟试验的数据,对理论计算和数值模拟水平方向塑性区受黏聚力和内摩擦角影响的范围进行对比和分析.可以得出虽然理论计算与数值模拟的结果存在误差,但已能反映直墙半圆拱形巷道围岩塑性区分布情况,通过研究还发现,当黏聚力和内摩擦角比较小时,巷道呈现"X"形破坏,当黏聚力和内摩擦角增大时,巷道呈现类似椭圆形破坏,随着黏聚力和内摩擦角的增大,巷道塑性区范围的减幅减小,并且当水平应力大于垂直应力时,在垂直方向塑性区范围变化幅度较大.