松动圈理论作业

3松动圈厚度的影响因素及规律分析3.1地应力的影响理论分析表明：巷道在未收采掘影响的情况下，埋深是影响巷道围岩稳定的主要因素。从图1可知：随矿井深度H的增加，松动圈的厚度Lp开始表现为非线性增大，且增速较快，往后逐渐变缓，呈近似线性增大；埋深对围岩松动圈厚度Lp的影响程度与岩体强度关系密切，强度越大，影响就越小，反之则影响大。3.2岩石强度的影响影响松动圈厚度Lp的另外一个主要因素是岩体的强度。岩体强度对围岩的稳定影响比较大，这里所涉及的岩体的强度主要包括极限强度与残余强度。残余强度对围岩稳定的影响见图2。当岩体的残余强度不到其极限强度的5%-10%时，随着围岩残余强度的降低，将导致围岩松动圈厚度Lp的急剧增大。但当岩体的残余强度达到它极限强度的20%以上时，围岩松动圈厚度Lp减小不显著。3.3应变软化程度的影响岩石的应变软化系数n是表示岩石碎裂后强度随应变增大减小幅度大小的参数，当其他条件一样时，软化系数越大，说明岩体的软化程度越大，对围岩稳定性影响也比较大，则表明松动圈的厚度Lp也越大，见图3。3.4支护强度、刚度的影响由图4可知，随着支护强度、刚度增大，松动圈的厚度减小，特别是这种影响在支护阻力较小，并且岩体残余强度也较小时尤为明显。虽然巷道的埋深，岩体强度，软化程度以及支护阻力对松动圈厚度有一定的影响，但在实际工程中巷道断面的几何结构对松动圈厚度也有很大影响。研究表明松动圈随开挖断面面积的增大而增大，随开挖高度的增加而增大。影响巷道围岩变形的主要原因是岩体破裂后产生的体积变形，因而巷道周围岩石的碎胀系数也影响松动圈的厚度，并且通过采用声波测试法对某水电站进行松动圈测试，发现松动圈具有时间效应，随时间推移松动的范围增大。可见，松动圈的厚度可作为对围岩强度、支护方式的一个客观指标，但具体工程中影响松动圈厚度的因素却有很多，要具体问题具体分析。三、围岩松动圈的性质1、围岩松动圈的客观性及普遍性围岩松动圈是隧道开挖后，隧道周边客观存在着的物理状态，其对应于岩石全应力——应变曲线峰后阶段的岩石状态。只有当围岩强度大于围岩的应力时，巷道周边不产生松动圈，此时称松动圈值为零，巷道实际不存在支护问题，图4所示是在普济隧道（砂、泥岩互层）用形变一电阻率法和声图4隧道周边围岩自承体系波测量测得的。自承体系由内向外包括：内层支护、松弛带、压密区，有时在松弛带外还有一过渡带。松弛带中岩体沿隧道切向和径向因发生张性变形，因而比原岩状态松弛；它常分为两部分，接近压密区的部分变形较松动。压密区中岩体沿隧道切向发生压性变形，沿隧道径向有时也受压、岩体整体呈被压缩状态。过渡带中岩体或基本不变形，或在整个变形过程中或成为松弛带的一部分，或成为压密区的一部分。2、围岩应力、岩石强度与松动圈值的关系同一围岩的隧道中，岩石应力愈大，松动圈也愈大。同一应力条件下，岩石强度愈低，松动圈也愈大。3、围岩松动圈的形状待性围岩松动圈具有一定的形状。根据实验室试验，当围岩各向同性时，如果垂直应力与水平应力相等，则为圆形松动圈，否则为椭圆形，且椭圆的长轴与主应力P方向垂直（图5），如果围岩非同性，在岩石强度低的层位将产生较大的松动圈〔图6〕。1—垂直应力与水平应力相等；2—垂直应力大于水平应力图5围岩松动圈形状1—软岩松动圈；2—硬岩松动圈图6非均质围岩松动圈4、围岩松动圈形成的时间性出于围岩应力调整及其重新分布，以及岩石具有长时强度的特性，围岩松动圈的发展形成有一时间过程，但对于时间的定量待研究。现场实测，松动圈的形成时间，小松动圈需要3～7天，大松动圈需要1～3个月。巷道收敛量测表明，松动圈发展的时间与巷道收敛变形在时间上是一致的。前者是因，后者是果。5、围岩松动圈与支护的关系围岩松动圈对支护的影响大，而支护对松动圈的尺寸影响不大。现场观测表明。当松动圈Lp＝0时，如果围岩比较完整，可以裸体不支护；当LP＝0～40cm时，只喷混凝土就能有效地维护；如果Lp＝130～150cm，一般常用的料石碹(刚性)支护就不适应了；当Lp≥150cm时，则刚性支护已难以维护了。上述现象说明，松动圈越大，收敛变形越大，支护越困难，另一方面，在同一隧道中不同的支护形式下，松动圈的量测值没有明显区别，即支护对松动圈尺寸影响不大。6、一点说明围岩松动圈与弹塑性理论所指的围岩破碎带，统指隧道开挖后围岩应力重新分布后应力超过围岩极限强度的区域。围岩松动圈支护理论由于看重它在形成过程中的碎胀力，它在围岩分类中的应用，它与锚杆作用机理的关系和相应的支护技术，因此称之为围岩松动圈支护理论。它虽然在模型试验、现场测试和理论分析中给出了松动圈值的关系式，但是目前在工程中应用，由于岩石性质，地应力等多因素影响，不主张在多项假设的条件下，用计算的方法确定围岩松动圈的值。4结语松动圈巷道支护理论的应用使支护设计符合现场支护需求，技术经济效益显著，但在应用上需要更多的经验知识。随着松动圈理论的不断发展，松动圈的预测方法层出不穷，预测结果的准确度还需提高，相信松动圈巷道支护理论会有更广阔的应用前景。