巖土工程論文開題報告范文

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　　論文提目：大斷面硐室圍巖變形機理及控制技術(shù)研究

　　一、選題背景

　　近年來，隨著我國采礦、交通、水電等各類工程的大規(guī)模建設(shè)，出現(xiàn)了大量不同斷面尺寸的險道、巷硐(目前，巷硐斷面尺寸的劃分主要以日本隧道協(xié)會和國際險道協(xié)會的判斷標準為主。特別是伴隨著采掘、運輸機械逐步大型化，巷道斷面尺寸也不斷加大，眾多大斷面、超大斷面硐室應(yīng)運而生。這類巷硐受斷面尺寸大、地質(zhì)條件差及采動應(yīng)力場分布復雜等因素的影響，其圍巖變形破壞機理比傳統(tǒng)的中小斷面巷硐更為特殊復雜。

　　巷硐斷面的不斷擴大，給巷硐圍巖變形控制帶來了很多新問題。近年來，在巷硐支護工程中，錨桿支護技術(shù)被廣泛應(yīng)用。這種支護方式對圍巖變形控制效果明顯、而且施工成本較低，成為處理煤層巷硐支護問題的有效方法。但傳統(tǒng)的巷道支護方法和圍巖穩(wěn)定性控制理論主要是解決常規(guī)斷面巷道支護的問題(傳統(tǒng)巷道寬3.5-4.5m、高3.0-3.5m)，現(xiàn)階段，針對大斷面巷銅支護問題的理論研宄和成熟的工程實踐十分有限，導致大斷面支護問題，特別是復雜地質(zhì)條件下的大斷面支護問題尚未得到很好的解答。大斷面巷道圍巖穩(wěn)定性研究仍處在初始探索階段，因未能有效掌握大斷面巷硐圍巖變形機理及控制技術(shù)，煤礦的安全高效生產(chǎn)受到了極大的制約，這一問題被越來越多人們所關(guān)注。大斷面巷硐在掘進過程中產(chǎn)生了一系列嚴重的圍巖失穩(wěn)現(xiàn)象，常規(guī)的支護方法已無法滿足其使用要求。大斷面巷硐的出現(xiàn)是對傳統(tǒng)圍巖控制理論及支護技術(shù)的一種嚴峻挑戰(zhàn)。因此，通過掌握合理的大斷面巷硐圍巖變形破壞規(guī)律，探索正確的大斷面巷硐圍巖變形破壞機理，并結(jié)合具體地質(zhì)條件確定合理的巷硐支護方案便成了一個非常重要的研究課題。此課題的分析研究既能對一般條件下巷硐圍巖穩(wěn)定性控制問題進行解答，又能對復雜地質(zhì)條件下的大斷面巷硐控制技術(shù)問題進行有益的探索和完善。綜上所述，開展關(guān)于大斷面巷硐圍巖變形機理及控制技術(shù)的研究，對創(chuàng)建安全高產(chǎn)高效礦井具有重要的理論意義和實用價值。

　　二、研究目的和意義

　　本課題以王莊煤礦+540m水平井下大斷面支架換裝硐室為工程背景，對上述問題進行研究。該硐室圍巖條件差，斷面尺寸大(荒斷面達到96m2左右)，給掘進、支護工程帶來很大困難，硐室掘進初期，硐室頂板出現(xiàn)開裂、兩幫變形嚴重，最大移近量接近Im，并伴有較為嚴重的底鼓,圍巖控制難題亟需解決。本文結(jié)合支架換裝硐室的地質(zhì)賦存條件、對其圍巖變形破壞機理進行研究，并結(jié)合大斷面硐室圍巖控制原理，提出了合理的圍巖支護方案，以確保大斷面硐室圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。這不僅在理論上對我國復雜地質(zhì)條件下大斷面硐室圍巖支護技術(shù)難題進行了有益的探索補充，同時對解決王莊煤礦大斷面支架換裝硐室掘進、支護、安全生產(chǎn)等問題也具有十分重要的現(xiàn)實意義。

　　三、本文研究涉及的主要理論

　　劉高、聶德新等學者在研究高應(yīng)力軟巖形成條件、力學特征的基礎(chǔ)上，對高應(yīng)力軟巖巷道圍巖的變形破壞特征進行分析，同時研究了巷道圍巖開挖后初始應(yīng)力與二次應(yīng)力的分布特點，從而揭示高應(yīng)力軟弱圍巖的變形破壞機理。

　　楊永剛，張海燕以潘三煤礦兩條沿空巷道典型試驗為背景，對深井高地壓沿空巷道的圍巖變形機理進行研究，通過數(shù)值模擬計算方法確定了深井沿空巷道所需留設(shè)的合理煤柱寬度，并進一步提出了深井沿空巷道圍巖支護原則。

　　朱建明從礦物分析、水理分析及巖石的三軸試驗出發(fā)，結(jié)合受采動影響巷道圍巖大變形的變形、力學特征，以小官莊鐵礦和安家?guī)X二號井為工程背景，對采動影響下巷道圍巖大變形機理進行研究。

　　羅超文、李海波、劉亞群等學者釆用水壓制裂地應(yīng)力測試方法，對某礦地應(yīng)力特點進行分析研究，研究表明：巖體地應(yīng)力側(cè)壓系數(shù)受圍巖巖性影響較大，是影響圍巖塑性破壞的重要因素。

　　李樹清、王衛(wèi)軍等學者釆用數(shù)值模擬方法對深部巷道圍巖的應(yīng)力分布規(guī)律及圍巖塑性破壞特征進行分析研究，研究表明：巷道圍巖向內(nèi)部發(fā)展會間隙性產(chǎn)生強度弱化區(qū)域，針對這一現(xiàn)象提出，高應(yīng)力條件下的圍巖存在峰后軟化。

　　李寶富，齊利偉等學者建立了巷道底板巖層屈曲破斷力學模型，對煤層巷道底板巖層動態(tài)破壞機理進行研究。研究發(fā)現(xiàn)水平應(yīng)力是影響巷遣底板巖層穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，并提出了巷道底板水平應(yīng)力計算方法。

　　趙志強，劉泉生等學者在考慮巷道圍巖性質(zhì)、構(gòu)造應(yīng)力以及地下水等因素影響下，對軟巖巷道圍巖變形破壞機理進行研究，并提出相應(yīng)的高應(yīng)力軟巖巷道支護方法。

　　EJ.Sellers和P.Klerck等國外學者研究發(fā)現(xiàn)巷道圍巖內(nèi)存在大量節(jié)理裂隙，巷道在開挖掘進過程中，會引起此類圍巖軟弱結(jié)構(gòu)的導通，進而使圍巖內(nèi)部產(chǎn)生不連續(xù)面，而這些不連續(xù)面是導致巷道圍巖破裂的關(guān)鍵因素。

　　四、本文研究的主要內(nèi)容

　　本課題以王莊礦+540水平井下大斷面支架換裝硐室為工程背景，考慮硐室斷面尺寸、圍巖特征、構(gòu)造應(yīng)力及鄰近硐室開采擾動等影響因素，綜合應(yīng)用現(xiàn)場實測、理論分析和數(shù)值計算等方法，對大斷面硐室圍巖變形規(guī)律、應(yīng)力分布特征和破壞特征進行系統(tǒng)的分析研究，在此基礎(chǔ)上提出大斷面硐室圍巖變形控制技術(shù)。具體研究內(nèi)容如下：

　　(1)采用理論分析的方法，對硐室圍巖塑性變形的尺寸效應(yīng)進行研究，確定了硐室圍巖塑性變形破壞與硐室斷面尺寸的關(guān)系，分析了影響硐室圍巖變形的關(guān)鍵因素。為研宄大斷面硐室的變形破壞特征規(guī)律提供了理論依據(jù)。

　　(2)建立FLAC3D數(shù)值模型，分析硐室斷面尺寸、圍巖性質(zhì)、水平應(yīng)力、鄰近硐室布置距離等因素對大斷面硐室圍巖變形，應(yīng)力和塑性區(qū)分布特征的影響規(guī)律，揭示大斷面硐室圍巖變形機理。

　　(3)結(jié)合大斷面硐室圍巖的變形特征，進行大斷面硐室圍巖變形控制研究。對大斷面巷硐開挖常用的三種方法(雙側(cè)壁導坑法、中隔壁法、正臺階法)進行數(shù)值模擬分析，確定合理大斷面硐室開挖方法;針對大斷面硐室所處的特定地層條件，通過多種圍巖控制方案對比分析，提出“加長銷桿、錨索+注漿錯索+底板長錯索”聯(lián)合支護技術(shù)。

　　(4)在+540水平井下大斷面支架換裝硐室進行工業(yè)性試驗研究，并對圍巖變形監(jiān)測效果進行分析。

　　五、寫作提綱

　　摘要 3-4

　　ABSTRACT 4-5

　　1 緒論 8-14

　　1.1 問題的提出及研究意義 8-9

　　1.2 研究現(xiàn)狀 9-11

　　1.2.1 巷硐圍巖變形機理研究現(xiàn)狀 9-10

　　1.2.2 巷硐圍巖變形控制理論研究現(xiàn)狀 10-11

　　1.3 存在的主要問題 11-12

　　1.4 主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線 12-14

　　1.4.1 研究內(nèi)容 12

　　1.4.2 技術(shù)路線 12-14

　　2 工程背景 14-19

　　2.1 工程概況 14-15

　　2.2 區(qū)域地質(zhì)情況 15-17

　　2.2.1 工程地質(zhì)條件 15

　　2.2.2 巷道布置 15-16

　　2.2.3 巖層賦存特征 16-17

　　2.3 應(yīng)力環(huán)境分析 17-18

　　2.4 本章小結(jié) 18-19

　　3 大斷面硐室圍巖變形機理研究 19-51

　　3.1 大斷面硐室圍巖變形尺寸效應(yīng)分析~(39) 19-23

　　3.1.1 圍巖塑性變形比例系數(shù) 19-21

　　3.1.2 圍巖塑性變形影響因素分析 21-23

　　3.2 大斷面硐室圍巖變形機理數(shù)值模擬研究 23-49

　　3.2.1 計算模型建立 23-25

　　3.2.2 斷面尺寸對大斷面硐室圍巖穩(wěn)定性影響分析 25-30

　　3.2.3 圍巖巖性對大斷面硐室圍巖穩(wěn)定性影響分析 30-35

　　3.2.4 構(gòu)造應(yīng)力對大斷面硐室圍巖穩(wěn)定性影響分析 35-40

　　3.2.5 鄰近硐室開挖對大斷面硐室圍巖穩(wěn)定性影響分析 40-49

　　3.3 本章小結(jié) 49-51

　　4 大斷面硐室圍巖變形控制研究 51-67

　　4.1 硐室圍巖控制理論基礎(chǔ) 51-54

　　4.2 大斷面硐室圍巖變形控制技術(shù)研究 54-66

　　4.2.1 開挖工法對大斷面硐室圍巖變形控制影響分析 54-58

　　4.2.2 不同支護方式對大斷面硐室圍巖變形影響研究 58-66

　　4.3 本章小結(jié) 66-67

　　5 圍巖控制技術(shù)在大斷面硐室中的應(yīng)用研究 67-77

　　5.1 大斷面硐室圍巖變形控制方案提出 67-71

　　5.1.1 錨桿參數(shù)確定 67-69

　　5.1.2 錨索參數(shù)確定 69-70

　　5.1.3 支護布置 70-71

　　5.2 大斷面硐室施工工藝 71-72

　　5.2.1 施工方法 71

　　5.2.2 施工流程 71-72

　　5.3 大斷面硐室支護效果分析 72-76

　　5.3.1 硐室表面位移觀測分析 72-73

　　5.3.2 鉆孔窺視儀觀測分析 73-76

　　5.4 本章小結(jié) 76-77

　　6 結(jié)論 77-79

　　6.1 主要結(jié)論 77-78

　　6.2 研究展望 78-79

　　參考文獻 79-83

　　在讀發(fā)表學術(shù)論文 83-84

　　致謝 84

　　六、目前已經(jīng)閱讀的主要文獻

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