深部高应力软岩巷道断面形状优化设计数值模拟研究

采矿与安全工程学报 ›› 2012, Vol. 29 ›› Issue (5): 650-656.

深部高应力软岩巷道断面形状优化设计数值模拟研究

1．中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，江苏徐州 221008；
2．山东科技大学土木建筑学院，山东青岛 266510

收稿日期:2011-09-03 出版日期:2012-09-15 发布日期:2012-09-05
作者简介:孟庆彬（1985-），男，山东省菏泽市人，博士，从事岩体加固理论与应用技术方面的研究。 E-mail：mqb1985@126.com Tel：13951468390
基金资助:
国家自然科学基金项目（51174196）；

教育部新世纪优秀人才支持计划项目（NCET-07-0519）

Numerical Simulation of Cross-Section Shape Optimization Design of Deep Soft Rock Roadway Under High Stress

Received:2011-09-03 Online:2012-09-15 Published:2012-09-05

摘要/Abstract

摘要： 选取矩形、梯形、直墙拱形、马蹄形、椭圆形和圆形等共6种不同断面形状的巷道进行优化研究，基于FLAC3D模拟研究了这6种典型巷道开挖后的巷道围岩变形特征及围岩塑性区分布规律，分析了不同侧压力系数对它们的影响。数值模拟结果表明，巷道断面形状对高应力巷道围岩变形特征及围岩塑性区分布影响较大；根据侧压力系数的大小及主应力方向，圆形、椭圆形为深部高应力巷道最优断面形状，选择圆形、椭圆形巷道可改善巷道围岩应力状态，降低围岩变形量，减少围岩塑性区损伤破坏范围，有利于深部高应力软岩巷道的长期稳定。

关键词: 深部, 高应力软岩巷道, 巷道断面形状, FLAC3D数值模拟

Abstract: In this paper, roadways with different cross-section shapes, including rectangular, trapezoidal, straight wall arch, horseshoe-shaped, oval and round shape, are selected to be optimized. Based on FLAC3D simulation, the surrounding rock deformation characteristics and rock plastic zone distribution are studied after the excavation of six kinds of typical roadway, and the influence of different side pressure coefficient to them is also analyzed. The numerical simulation results show that the cross-section shape has large effect on the deformation characteristics and plastic zone distribution of surrounding rock. According to the size of side pressure coefficient and direction of principal stress, the round and oval shapes are the optimal cross-section shapes of deep roadway under high ground stress. Thus, selecting the roadways with round and oval shapes, can improve the stress state of surrounding rock, reduce the deformation amount and damage range of plastic zone in surrounding rock, which is beneficial to the long-term stability of deep soft rock roadway under high stress.

Key words: deep level, soft rock roadway under high stress, cross-section shape of roadway, FLAC3D numerical simulation

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MENG Qing-Bin, HAN Li-Jun, QIAO Wei-Guo, LIN Deng-Ge, WEI Lie-Chang. Numerical Simulation of Cross-Section Shape Optimization Design of Deep Soft Rock Roadway Under High Stress[J]. Journal of Mining & Safety Engineering, 2012, 29(5): 650-656.

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