破裂围岩的力学行为研究

研究项目以深埋高应力煤矿巷道围岩常常出现破裂、破坏甚至失稳，现有岩石力学理论和数值计算方法不能充分考虑和解决破裂围岩继续承载（变形、甚至破坏）的性状、以及围岩破裂破坏后如何稳定控制为背景。在认识到围岩在变形－破坏的过程中通过转移和调整应力状态及自稳形成自承结构(具有一定的承载能力)的基础上，拟根据空心岩柱试样在不同约束下的破裂后再破坏试验、高围压下巷道破裂围岩的三维相似材料模拟试验、以及实际破坏巷道围岩变形的监测分析等内容的研究，试图揭示破裂围岩的力学行为及机理，包括：破裂围岩再破坏后的强度特征、变形特征、本构理论模型、以及高围压下巷道破坏围岩的控制和稳定性评价方法等。这对于深部矿山岩石力学问题的解决及其它深部岩石工程都具有重要的理论和应用价值。

通过将圆形巷道围岩分成破裂、塑性和弹性三个区域，以及考虑岩体破裂后应变软化的现象，分别采用Hoek-Brown准则、More-Coulomb准则，进行非关联弹塑性分析，获得其应力和变形的解析解式，在破裂围岩的理论分析方面得到新的突破；通过用一系列的塑性流动与脆性跌落近似逼近峰后应变软化过程，提出了破裂围岩的软化模拟方法，并基于弹塑性理论进行围岩应力及变形分析计算；进行了巷道破裂围岩－锚杆协同锚固支护系统的试验、协同作用机理及工程应用研究，提出了适用于煤矿巷道的协同锚固技术和方法，对于实际矿山软弱巷道，进行了通过钢管混凝土单圆管拱架模型的面内加载试验，获得了拱架模型；的变形、应变、承载特性及可缩节点增阻规律；对于煤巷锚网支护系统，提出了“监测数据—围岩参数反分析—警戒值确定—预测分析—系统评价”的成套评价理论与方法。项目的研究结果可以为巷道的稳定性分析以及支护设计提供依据，丰富了深部岩石工程的理论和工程应用。