第2章矿山岩体的原岩应力及其重新分布

1、12345自重应力自重应力: 岩体自重引起岩体自重引起 构造应力构造应力: 地质构造运动地质构造运动.(地震地震,火山火山,海啸海啸) 膨胀（收缩）应力膨胀（收缩）应力: 矿物质遇水膨胀矿物质遇水膨胀地温应力地温应力自重应力自重应力构造应力构造应力67自重应力自重应力811（静水压力理论）（静水压力理论）（ 弹性侧压理论）弹性侧压理论）910地震区带划分图地震区带划分图1112水平方向为主水平方向为主浅部坚硬岩层浅部坚硬岩层13铅直应力铅直应力/水平应力水平应力14151617181920巷道巷道21巷道巷道垂直应力垂直应力1水平应力水平应力22= 1 根据侧压力系数根据侧压力系数,巷道所处的

2、巷道所处的应力场分为两类应力场分为两类:1、双向等压应力场、双向等压应力场=12、双向不等压应力场、双向不等压应力场01巷道围岩应力的计算图巷道围岩应力的计算图22rrdrdr2d （极坐标系）（极坐标系） 确定径向应力确定径向应力r与切向应力与切向应力(t)23 1、双向等压圆形巷道径向应力、双向等压圆形巷道径向应力r与与切向应力切向应力(t) 求解三个求解三个基本方程：基本方程：3、物理方程、物理方程应力与应变满足虎克定律。应力与应变满足虎克定律。1、平衡微分方程、平衡微分方程应力与体力满足静力平衡关系；应力与体力满足静力平衡关系；0drdrrr2、 几何方程几何方程应变与位移满足几何尺寸

3、关系；应变与位移满足几何尺寸关系；rudrdurzrzrrzrzrEEEEEEEE11=124计算得出应力分布规律：计算得出应力分布规律：22022011rRHrRHr 1、r与与分布与方向角分布与方向角 无关，圆孔任一方向应力无关，圆孔任一方向应力分布相同分布相同 。拉梅解答拉梅解答 切向应力切向应力径向应力径向应力应力特点：应力特点：2、切向应力在圆孔周边出现应力集中、切向应力在圆孔周边出现应力集中252、双向不等压圆形巷道径向应力、双向不等压圆形巷道径向应力r与与切向应力切向应力(t)2cos4312122cos3412124021220214402202122021rRrRrRrRrR

4、r吉尔西解答吉尔西解答 rrrrrr03/111898年年 0126圆形巷道围岩应力的轴对称分布圆形巷道围岩应力的轴对称分布切向应力切向应力 径向应力径向应力 切向应力集中系数切向应力集中系数k=t/12720.74.571.978.2526.715.720.761.974.5726.77.075.2819.016.911.97.075.2819.016.911.97.0716.911.97.0711.916.928293031回采空间回采空间32一、回采空间一、回采空间(简化为圆形简化为圆形)围岩内应力状态及分区：围岩内应力状态及分区：1、围岩稳定性情况：、围岩稳定性情况：周边最大应力周边最

5、大应力弹性极限弹性极限自稳自稳周边最大应力周边最大应力弹性极限弹性极限进入塑性阶段，产生塑性区进入塑性阶段，产生塑性区 周边最大应力周边最大应力强度极限强度极限进入破坏阶段，产生松散破进入破坏阶段，产生松散破碎区碎区33 切向应力：切向应力： （大（大小）小） 受力状态：受力状态： （单轴（单轴三轴）三轴）抗压强度：抗压强度： （低（低高）高） 破坏顺序：破坏顺序： （外（外里）里）34当周边最大应力当周边最大应力弹性极限弹性极限自稳自稳原始应力区原始应力区弹性区弹性区巷道巷道弹性状态弹性状态下围岩分区下围岩分区3536原始应力区原始应力区弹性区弹性区极限平衡区极限平衡区塑性区半径（卡斯特纳方程）塑性区半径（卡斯特纳方程）sin2sin10cotsin1cotCCHRRp巷道巷道37塑性区塑性区 原因：原因：道两侧是松软岩层道两侧是松软岩层(煤，岩煤，岩)岩石的抗压能力向岩体内部发展而增加岩石的抗压能力向岩体内部发展而增加 极限平衡区极限平衡区3839sin1sin120mxfpyeN40 固定支承压力固定支承压力（固定边界）移动支承压力移动支承压力（移动边界）支承压力一般以高于原岩应力支承压力一般以高于原岩应力5%集中应力的影响范围集中应力的影响范围41极限平衡区极限平衡区 D弹