一种节理围岩巷道开挖物理模型试验方法及其应用

李光 马凤山 郭捷 雷扬 黄业强 刘爱民

李光, 马凤山, 郭捷, 等. 2021. 一种节理围岩巷道开挖物理模型试验方法及其应用[J]. 工程地质学报, 29(4): 1010-1016. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2021-0315
引用本文: 李光, 马凤山, 郭捷, 等. 2021. 一种节理围岩巷道开挖物理模型试验方法及其应用[J]. 工程地质学报, 29(4): 1010-1016. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2021-0315
Li Guang, Ma Fengshan, Guo Jie, et al. 2021. A model test method on roadway excavation under jointed rock mass and its application[J]. Journal of Engineering Geology, 29(4): 1010-1016. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2021-0315
Citation: Li Guang, Ma Fengshan, Guo Jie, et al. 2021. A model test method on roadway excavation under jointed rock mass and its application[J]. Journal of Engineering Geology, 29(4): 1010-1016. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2021-0315

一种节理围岩巷道开挖物理模型试验方法及其应用

doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2021-0315
基金项目: 

国家自然科学基金项目 41831293

国家自然科学基金项目 41772341

国家自然科学基金项目 42072305

详细信息
    作者简介:

    李光(1991-),男,博士后,主要研究方向为地质工程. E-mail: liguang@mail.iggcas.ac.cn

    通讯作者:

    马凤山(1964-),男,研究员,博士生导师,主要从事地质工程与地质灾害研究工作. E-mail: fsma@mail.iggcas.ac.cn

  • 中图分类号: U452.1+2

A MODEL TEST METHOD ON ROADWAY EXCAVATION UNDER JOINTED ROCK MASS AND ITS APPLICATION

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 41831293

National Natural Science Foundation of China 41772341

National Natural Science Foundation of China 42072305

  • 摘要: 物理模型试验是研究矿山巷道开挖稳定性问题的重要方法,特别是对于深部节理岩体相似模型的制作,难度高,周期长,工艺复杂。为解决这一技术难题,提出了一套节理围岩巷道开挖的物理模型试验方法,依托金川矿区典型的菱块状围岩巷道进行了试验,详细介绍了模型搭建和开挖过程,并将模型试验与现场调查结果进行了对比,主要得到以下几点结论:(1)提出了一种浇-砌混合搭建方法,在模型内圈采用砌块堆砌的方式,外圈选择浇筑的方式,既能体现出节理围岩的结构特征,又能提高试验效率;(2)自主研制了一种巷道开挖装置,通过螺旋牵引拉出预埋模具的方式完成开挖,巷道成型好,扰动小;(3)以金川矿区巷道为原型进行的物理模型试验,真实还原了工程中巷道的变形破坏特征,证明了该方法的科学性、实用性和高效性,为类似模型试验的设计和制作提供了技术参考。
  • 图  1  金川矿区典型巷道断面

    Figure  1.  Typical roadway section in Jinchuan mining area

    图  2  菱块状大理岩示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of rhombic marble

    图  3  模型断面示意图

    Figure  3.  Model section diagram

    图  4  砌块设计与制作

    a.砌块尺寸;b.砌块模具;c.制作好的砌块

    Figure  4.  Design and manufacture of the bricks

    图  5  物理模型搭建过程

    a.内圈砌块堆砌;b.外圈浇筑;c.模型搭建完成图

    Figure  5.  Model building process

    图  6  螺旋牵引式巷道开挖装置示意图

    a.模具尺寸;b.预埋模具实物;c.螺旋牵引装置设计图;d.螺旋牵引装置实物

    Figure  6.  Spiral traction roadway excavation device

    图  7  巷道开挖完成图

    Figure  7.  Model status after roadway excavation

    图  8  物理模型试验结果

    a.某时刻巷道变形情况; b.巷道顶板变形情况; c.巷道底板变形情况

    Figure  8.  Physical model test results

    图  9  现场调查结果

    a.巷道顶板和边墙开裂;b.巷道顶板开裂掉块;c.巷道底板开裂隆起

    Figure  9.  Field investigation results

    表  1  相似材料物理力学参数

    Table  1.   Physical and mechanical parameters of similar materials

    类型 密度/g·cm-3 弹性模量/GPa 泊松比 内摩擦角/(°) 黏聚力/MPa 抗压强度/MPa 抗拉强度/MPa
    围岩 2.8~3.0 64~124 0.22~0.32 35~45 13.5~22.5 96~152 6.9~12.2
    岩石目标值 1.750~1.875 0.875~2.580 0.22~0.32 35~45 0.28~0.47 2.00~3.29 0.144~0.254
    岩石相似材料 1.8214 0.4196 0.259 27.3948 0.2414 2.624 0.4348
    围岩岩体 2.6~2.8 6~12 0.18~0.26 25~35 0.7~6.5 18.6~32.4 0.8~1.4
    岩体目标值 1.625~1.750 0.125~0.250 0.18~0.26 25~35 0.035~0.135 0.388~0.675 0.017~0.029
    岩体相似材料 1.7499 0.2571 0.2305 24.6573 0.1409 1.4215 0.1833
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-06-08
  • 修回日期:  2021-06-30
  • 网络出版日期:  2021-09-03
  • 刊出日期:  2021-09-03

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