基于流固耦合理论的含水巷道稳定性影响因素研究

贺国庆, 陈俊智, 任春芳, 熊朝林, 王晟迪. 基于流固耦合理论的含水巷道稳定性影响因素研究[J]. 矿产保护与利用, 2024, 44(4): 102-110. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.04.012
引用本文: 贺国庆, 陈俊智, 任春芳, 熊朝林, 王晟迪. 基于流固耦合理论的含水巷道稳定性影响因素研究[J]. 矿产保护与利用, 2024, 44(4): 102-110. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.04.012
HE Guoqing, CHEN Junzhi, REN Chunfang, XIONG Chaolin, WANG Shengdi. Research on the Influence Factors of Water−bearing Tunnel Stability Based on Fluid−solid Coupling Theory[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2024, 44(4): 102-110. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.04.012
Citation: HE Guoqing, CHEN Junzhi, REN Chunfang, XIONG Chaolin, WANG Shengdi. Research on the Influence Factors of Water−bearing Tunnel Stability Based on Fluid−solid Coupling Theory[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2024, 44(4): 102-110. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.04.012

基于流固耦合理论的含水巷道稳定性影响因素研究

  • 基金项目: 国家自然科学基金项目(U1602232)
详细信息
    作者简介: 贺国庆(2000—),男,陕西西安人,硕士,主要研究方向为岩石力学,E-mail:2499582800@qq.com; 陈俊智(1974—),男,陕西榆林人,博士,副教授,硕士生导师,主要研究方向为采矿工程,岩土工程,矿山安全和矿山信息自动化,主持国家自然科学基金(联合基金)1项,校企合作项目2项,在核心期刊上发表论文20余篇。E-mail:465424873@qq.com
    通讯作者: 陈俊智(1974—),男,陕西榆林人,博士,副教授,主要研究方向为矿山安全和矿山信息自动化,E-mail:465424873@qq.com
  • 中图分类号: TD322+.4

Research on the Influence Factors of Water−bearing Tunnel Stability Based on Fluid−solid Coupling Theory

More Information
  • 针对含水巷道中地下水渗流对巷道围岩稳定性的影响,以云南某金属矿一巷道作为工程背景,基于流固耦合理论,应用正交实验与FLAC3D数值模拟相结合的方法,综合分析了含水巷道围岩稳定性影响因素(埋深、围岩强度和水压)的敏感性以及不同因素条件下巷道围岩的稳定性。研究结果表明:流固耦合作用下巷道顶板和两帮变形影响因素的敏感性顺序由大到小依次为埋深、水压、围岩强度。影响巷道顶板及两帮变形最小的组合为水压0 MPa、围岩强度80 MPa、埋深200 m;最大的组合为水压0.3 MPa、围岩强度20 MPa、埋深500 m。巷道两帮会受到孔隙水压力集中和压应力集中的共同影响,在巷道进行选择支护及加固方式时,可作为一定参考依据。

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  • 图 1  数值计算模型

    Figure 1. 

    图 2  巷道围岩位移分析结果

    Figure 2. 

    图 3  塑性区分析结果

    Figure 3. 

    图 4  不同埋深下巷道围岩应力分布图

    Figure 4. 

    图 5  不同水压条件下巷道围岩内孔隙水压力分布云图

    Figure 5. 

    图 6  无水时巷道塑性区的分布

    Figure 6. 

    图 7  不同水压条件下巷道围岩塑性区的分布

    Figure 7. 

    表 1  各主要影响因素的水平值

    Table 1.  Horizontal values of the main influencing factors

    因素水平
    1234
    水压/MPa00.10.20.3
    围岩强度/MPa20406080
    埋深/m200300400500
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    表 2  岩石力学参数

    Table 2.  Rock mechanical parameters

    密度/(g·cm−3) 弹性模量/GPa 泊松比 黏聚力C/kPa 内摩擦角/(°) 渗透系数/(m2·Pa−1·s−1) 孔隙率
    2.60 7.51 0.19 268 33.05 3×10−8 0.5
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    表 3  正交实验方案与结果

    Table 3.  Orthogonal experimental programme and results

    编号水压/MPa围岩强度/MPa埋深/m巷道变形/mm
    两帮顶板
    102020010.915.4
    204030015.822.4
    306040020.929.5
    408050025.236.4
    50.12030027.938.5
    60.14020018.625.2
    70.16050047.467.5
    80.18040037.452.5
    90.22040038.253.2
    100.24050048.268.3
    110.26020019.126.4
    120.28030028.139.1
    130.32050049.569.6
    140.34040038.754.4
    150.36030029.340.2
    160.38020020.327.6
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    表 4  顶板位移极差分析

    Table 4.  Extreme analysis of roof displacement

    项目顶板位移/mm
    水压围岩强度埋深
    K125.9244.1823.65
    K245.9242.5835.05
    K346.7540.9047.40
    K447.9538.9060.45
    极差R22.035.2836.80
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    表 5  顶板位移方差分析

    Table 5.  ANOVA for roof displacement

    因素 偏差平方和 自由度 F 显著性
    水压 1325.00 3 21.27 *
    围岩强度 61.42 3 0.99
    埋深 3016.50 3 48.42 *
    误差项 124.57 6
    注:*表示显著,−表示不显著。
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    表 6  两帮位移极差分析

    Table 6.  Polar analysis of the displacement of the sidewalls

    项目两帮位移/mm
    水压围岩强度埋深
    K118.2031.6217.22
    K232.8330.3225.27
    K333.4029.1833.80
    K434.4527.7542.57
    极差R16.253.8825.35
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    表 7  两帮位移方差分析

    Table 7.  ANOVA for sidewalls displacements

    因素偏差平方和自由度F显著性
    水压713.06324.81*
    围岩强度32.6931.13
    埋深1431.12349.81*
    误差项57.466
    注:*表示显著,−表示不显著。
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出版历程
收稿日期:  2024-05-21
刊出日期:  2024-08-15

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