岩石力学与工程北科版蔡美峰.ppt

北京科技大学 ROCK MECHANICS AND ENGINEERING 4 ）位于近水平面内的二个主应力的值，一般相差较大，显示出 很强的方向性。按照莫尔 - 库仑强度理论，两个主应力的差值就是剪 应力，而岩体的破坏通常是由于剪切破坏引起的，在水平面内存在 的很大剪应力是引起地下巷道和采场变形和破坏的重要原因，必须 引起足够的重视。 5 ）垂直应力值基本上等于单位面积上覆岩层的重量。垂直应力的平 均值，新城金矿、梅山铁矿、峨口铁矿和玲珑金矿均为略大于自重 应力，只有金川镍矿略小于自重应力。 6 ）最大水平主应力、最小水平主应力和垂直主应力均随深度呈近似 线性增长的关系。这就意味着在矿山深部将会遇到很大的地应力的 作用。必须采取合理有效措施控制地应力的作用，维护地下采场、 巷道的稳定性。 2.4 五个矿山地应力测量结果 北京科技大学 ROCK MECHANICS AND ENGINEERING 第三节 地下矿山采矿设计优化 第三节 地下矿山采矿优化设计 北京科技大学 ROCK MECHANICS AND ENGINEERING 采矿过程是一个力学过程，因此研究采矿问题必须借助于 数学、力学的方法。研究力学问题一般只关心两个因素，一 是结构材料因素，二是荷载因素。而采矿工程比其他工程要 复杂得多，采矿力学研究所涉及到的因素比其他力学问题也 要多得多。 研究对象 岩体是一种非常复杂的地质结构体，具有不连续性、不均质和 各向异性； 力学形态或本构关系表现出非常复杂的非线性； 与其他力学问题所研究的材料完全不同。 3.1 地下采矿力学研究的特点 北京科技大学 ROCK MECHANICS AND ENGINEERING ? 荷载形式 ? 采矿问题力学分析的基础是地应力的存在。 ? 地应力是存在于地层中的“原始应力”，是一种内应力， 而不是外加荷载。是“先有荷载，后挖洞”，不是“先 挖洞，后荷载”。 ? 一般力学问题如地面结构物上的受力是由加载而产生， 而采矿是“开挖问题”，开挖空间引起局部地应力释放， 采矿结构上的荷载是由岩体卸荷而产生的。 ? 采矿问题的力学分析和其他力学分析中思路上和方法上 均有很大差异。 3.1 地下采矿力学研究的特点 北京科技大学 ROCK MECHANICS AND ENGINEERING 3.1 地下采矿力学研究的特点 反转应力法多步开挖加载等效释放荷载模型 北京科技大学 ROCK MECHANICS AND ENGINEERING ? 施工因素 ? 地下采矿的力学分析除了考虑材料因素、荷载因素以外， 还要考虑施工因素。 ? 采矿是一个非常复杂的开挖过程，其开挖不是一次完成 的，而是分多次完成的。 ? 线性材料的加卸载路径是相同的，符合迭加原理，而非 线性材料加卸载路径不同，不能迭加（加载途径性）； ? 多步开挖过程就是一个反复的加卸载过程，由于岩体是 非线性的，因而开挖引起的力学效应就具有加载途径性； 3.1 地下采矿力学研究的特点 北京科技大学 ROCK MECHANICS AND ENGINEERING ? 开挖过程、开采顺序不同就会产生不同的应力 - 应变历史变化 过程和不同的最终力学效应 ? 不同的巷道和采场布置，不同的开拓过程和回采顺序、回采 步骤，不同的工艺方法、不同的支护方式、支护结构和施工 方式、施工时间等，都会产生不同的力学效应，出现最终不 同的稳定性状态； ? 施工因素对采矿工程的稳定性具有重大影响。 3.1 地下采矿力学研究的特点 北京科技大学 ROCK MECHANICS AND ENGINEERING ? 不确定研究方法 ? 采矿的力学分析过程中包括了大量的不确定性因素，这 种不确定性既包括模糊性，也包括随机性。 ? 力学分析的原始数据、原始资料，如工程地质、水文地 质条件、矿体赋存状况、岩体结构，物理力学性质，本 构关系等均具有大量不确定性； ? 原始数据、原始资料的调查、搜集都受到数量的限制和 人为的影响，都具有随机性。 ? 采矿的工艺方法、施工过程也具有不确定性，因为即使 相同的设计，不同的人施工，其效果也不一样 ? 用确定性的研究方法，如传统的数学力学方法，不能解 决采矿过程的力学分析问题，必须采用新的不确定性研 3.1 地下采矿力学研究的特点 北京科技大学 ROCK MECHANICS AND ENGINEERING 目标：根据具体的矿体赋存状