煤矿深部巷道TBM施工围岩稳定性与支护技术研究
| 摘要 | 第5-7页 |
| Abstract | 第7-8页 |
| 1 绪论 | 第19-32页 |
| 1.1 研究的目的与意义 | 第19-20页 |
| 1.2 国内外研究现状 | 第20-29页 |
| 1.2.1 深部地层TBM施工隧道研究现状 | 第20-21页 |
| 1.2.2 深部地层判定条件研究现状 | 第21-23页 |
| 1.2.3 深部地层TBM掘进围岩稳定性研究现状 | 第23-26页 |
| 1.2.4 煤矿深部地层围岩稳定性研究现状 | 第26页 |
| 1.2.5 掘进扰动下围岩力学行为研究现状 | 第26-28页 |
| 1.2.6 煤矿TBM巷道支护技术与理论研究现状 | 第28-29页 |
| 1.3 主要研究内容和方法 | 第29-32页 |
| 1.3.1 研究内容 | 第29-30页 |
| 1.3.2 研究方法与技术路线 | 第30-32页 |
| 2 立井煤矿TBM工程赋存环境 | 第32-48页 |
| 2.1 概述 | 第32页 |
| 2.2 矿井概况 | 第32-33页 |
| 2.2.1 张集矿概况 | 第32-33页 |
| 2.2.2 西二1煤采区概况 | 第33页 |
| 2.3 地层岩性 | 第33-37页 |
| 2.3.1 二叠系地层 | 第33-34页 |
| 2.3.2 石炭系地层 | 第34-36页 |
| 2.3.3 掘进区段地层特征 | 第36-37页 |
| 2.4 地质构造 | 第37-39页 |
| 2.4.1 断层构造 | 第37-38页 |
| 2.4.2 水文地质 | 第38-39页 |
| 2.5 地应力场监测 | 第39-44页 |
| 2.5.1 地应力场反演分析方法 | 第39-44页 |
| 2.5.2 地应力场反演分析结果 | 第44页 |
| 2.6 巷道施工方案 | 第44-47页 |
| 2.6.1 工程概况 | 第44-45页 |
| 2.6.2 施工设备 | 第45页 |
| 2.6.3 巷道掘进工艺 | 第45-46页 |
| 2.6.4 单轨吊配合TBM施工工艺 | 第46-47页 |
| 2.7 小结 | 第47-48页 |
| 3 岩石物理力学性能试验研究 | 第48-65页 |
| 3.1 概述 | 第48页 |
| 3.2 试件制备 | 第48-49页 |
| 3.3 试验设备 | 第49页 |
| 3.4 单轴压缩试验 | 第49-55页 |
| 3.4.1 试验目的 | 第49页 |
| 3.4.2 试验方案 | 第49-50页 |
| 3.4.3 试验结果 | 第50-52页 |
| 3.4.4 试件破坏状态分析 | 第52-55页 |
| 3.5 三轴压缩试验 | 第55-58页 |
| 3.5.1 试验目的 | 第55页 |
| 3.5.2 试验方案 | 第55页 |
| 3.5.3 试验结果 | 第55-58页 |
| 3.6 三轴循环加卸载试验 | 第58-62页 |
| 3.6.1 试验目的 | 第58页 |
| 3.6.2 试验方案 | 第58-59页 |
| 3.6.3 试验结果 | 第59-62页 |
| 3.7 试验结果分析 | 第62-64页 |
| 3.7.1 破坏时峰值压力和围压关系的拟合 | 第62-63页 |
| 3.7.2 三轴循环加卸载应力摩尔圆 | 第63-64页 |
| 3.8 小结 | 第64-65页 |
| 4 岩石强度准则和本构关系研究 | 第65-83页 |
| 4.1 概述 | 第65页 |
| 4.2 岩石强度准则的选择 | 第65-68页 |
| 4.2.1 常见的岩石强度准则 | 第65-68页 |
| 4.2.2 岩石强度准则的选取 | 第68页 |
| 4.3 岩石强度包络线拟合 | 第68-72页 |
| 4.3.1 直线型Mohr强度包络线 | 第70页 |
| 4.3.2 对数型Mohr强度包络线 | 第70-71页 |
| 4.3.3 幂函数型Mohr强度包络线 | 第71页 |
| 4.3.4 抛物线型Mohr强度包络线 | 第71-72页 |
| 4.3.5 双曲线型Mohr强度包络线 | 第72页 |
| 4.4 岩石强度包络线对比分析 | 第72-74页 |
| 4.4.1 各线型mohr强度包络线对比 | 第72-73页 |
| 4.4.2 mohr包络线相关性分析 | 第73-74页 |
| 4.5 岩石屈服准则 | 第74-75页 |
| 4.6 塑性势函数 | 第75-76页 |
| 4.7 损伤变量 | 第76-81页 |
| 4.7.1 损伤变量的定义 | 第77-80页 |
| 4.7.2 相对弹性模量表征的损伤变量 | 第80-81页 |
| 4.8 岩石本构关系 | 第81-82页 |
| 4.9 小结 | 第82-83页 |
| 5 TBM巷道围岩应力解析解研究 | 第83-97页 |
| 5.1 概述 | 第83页 |
| 5.2 圆形巷道的解析解 | 第83-92页 |
| 5.2.1 不等压圆巷围岩弹塑性解析解 | 第83-84页 |
| 5.2.2 不等压圆巷围岩弹塑性摄动解 | 第84-92页 |
| 5.3 算例分析 | 第92-96页 |
| 5.3.1 应力分析 | 第93-94页 |
| 5.3.2 塑性区范围分析 | 第94-96页 |
| 5.4 小结 | 第96-97页 |
| 6 TBM掘进巷道围岩稳定性与支护技术研究 | 第97-119页 |
| 6.1 概述 | 第97页 |
| 6.2 FLAC3D计算原理 | 第97-100页 |
| 6.2.1 FLAC3D简介 | 第97-98页 |
| 6.2.2 FLAC3D算法 | 第98-100页 |
| 6.2.3 计算循环 | 第100页 |
| 6.3 FLAC3D的二次开发 | 第100-106页 |
| 6.3.1 FLAC3D本构模型 | 第100-103页 |
| 6.3.2 自定义本构模型在FLAC3D中的实现 | 第103-105页 |
| 6.3.3 自定义本构模型的验证 | 第105-106页 |
| 6.4 巷道围岩稳定性数值分析 | 第106-113页 |
| 6.4.1 工程概况 | 第106-107页 |
| 6.4.2 计算模型 | 第107页 |
| 6.4.3 物理参数的选取 | 第107-108页 |
| 6.4.4 荷载施加与边界条件 | 第108-109页 |
| 6.4.5 数值计算及结果分析 | 第109-113页 |
| 6.5 TBM掘进巷道支护技术研究 | 第113-118页 |
| 6.5.1 支护方式的选择 | 第113页 |
| 6.5.2 TBM巷道支护数值分析 | 第113-118页 |
| 6.6 小结 | 第118-119页 |
| 7 TBM施工巷道现场监测 | 第119-151页 |
| 7.1 概述 | 第119页 |
| 7.2 巷道围岩收敛变形监测 | 第119-120页 |
| 7.3 围岩裂隙发育钻孔观测 | 第120-123页 |
| 7.3.1 观测方法 | 第120-121页 |
| 7.3.2 观测位置 | 第121页 |
| 7.3.3 断面1观测结果 | 第121-122页 |
| 7.3.4 断面2观测结果 | 第122-123页 |
| 7.4 锚杆受力分析 | 第123-128页 |
| 7.4.1 锚杆测力计监测结果 | 第123-125页 |
| 7.4.2 测力锚杆监测结果 | 第125-128页 |
| 7.5 巷道围岩破坏规律与扰动监测 | 第128-131页 |
| 7.5.1 研究方法 | 第128-129页 |
| 7.5.2 监测方案 | 第129-131页 |
| 7.6 光纤监测结果 | 第131-138页 |
| 7.6.1 第一阶段(轨顺)应变分布特征 | 第131-134页 |
| 7.6.2 第二阶段(高抽巷)应变分布特征 | 第134-136页 |
| 7.6.3 采动应力的计算 | 第136-138页 |
| 7.7 单孔及孔间电阻率CT监测结果 | 第138-142页 |
| 7.7.1 背景电阻率 | 第138-139页 |
| 7.7.2 掘进变化过程 | 第139-142页 |
| 7.8 震波CT监测结果 | 第142-145页 |
| 7.8.1 单孔波速 | 第142-144页 |
| 7.8.2 多孔波速 | 第144-145页 |
| 7.9 巷道变形与破坏特征综合分析 | 第145-149页 |
| 7.9.1 轨道巷测试 | 第145-148页 |
| 7.9.2 高抽巷测试 | 第148页 |
| 7.9.3 监测结果与理论计算对比分析 | 第148-149页 |
| 7.10 小结 | 第149-151页 |
| 8 结论与展望 | 第151-154页 |
| 8.1 主要结论 | 第151-153页 |
| 8.2 主要创新点 | 第153页 |
| 8.3 研究展望 | 第153-154页 |
| 参考文献 | 第154-163页 |
| 致谢 | 第163-164页 |
| 作者简介及读博期间主要科研成果 | 第164页 |
