通過將圓形巷道圍巖分成破裂、塑性和彈性三個區(qū)域，以及考慮巖體破裂后應變軟化的現(xiàn)象，分別采用Hoek-Brown準則、More-Coulomb準則，進行非關聯(lián)彈塑性分析，獲得其應力和變形的解析解式，在破裂圍巖的理論分析方面得到新的突破；通過用一系列的塑性流動與脆性跌落近似逼近峰后應變軟化過程，提出了破裂圍巖的軟化模擬方法，并基于彈塑性理論進行圍巖應力及變形分析計算；進行了巷道破裂圍巖－錨桿協(xié)同錨固支護系統(tǒng)的試驗、協(xié)同作用機理及工程應用研究，提出了適用于煤礦巷道的協(xié)同錨固技術和方法，對于實際礦山軟弱巷道，進行了通過鋼管混凝土單圓管拱架模型的面內(nèi)加載試驗，獲得了拱架模型；的變形、應變、承載特性及可縮節(jié)點增阻規(guī)律；對于煤巷錨網(wǎng)支護系統(tǒng)，提出了“監(jiān)測數(shù)據(jù)—圍巖參數(shù)反分析—警戒值確定—預測分析—系統(tǒng)評價”的成套評價理論與方法。項目的研究結果可以為巷道的穩(wěn)定性分析以及支護設計提供依據(jù)，豐富了深部巖石工程的理論和工程應用。 2100433B

研究項目以深埋高應力煤礦巷道圍巖常常出現(xiàn)破裂、破壞甚至失穩(wěn)，現(xiàn)有巖石力學理論和數(shù)值計算方法不能充分考慮和解決破裂圍巖繼續(xù)承載（變形、甚至破壞）的性狀、以及圍巖破裂破壞后如何穩(wěn)定控制為背景。在認識到圍巖在變形－破壞的過程中通過轉移和調(diào)整應力狀態(tài)及自穩(wěn)形成自承結構(具有一定的承載能力)的基礎上，擬根據(jù)空心巖柱試樣在不同約束下的破裂后再破壞試驗、高圍壓下巷道破裂圍巖的三維相似材料模擬試驗、以及實際破壞巷道圍巖變形的監(jiān)測分析等內(nèi)容的研究，試圖揭示破裂圍巖的力學行為及機理，包括：破裂圍巖再破壞后的強度特征、變形特征、本構理論模型、以及高圍壓下巷道破壞圍巖的控制和穩(wěn)定性評價方法等。這對于深部礦山巖石力學問題的解決及其它深部巖石工程都具有重要的理論和應用價值。

以深部高應力巖石巷道圍巖破壞失穩(wěn)為背景，從巷道圍巖的環(huán)境和歷史條件出發(fā)，以遠離平衡態(tài)非線性理論為指導，采用原位監(jiān)測與真三軸空心厚壁圓筒卸壓試驗的新方法，緊緊圍繞深部巷道圍巖強度衰減這一關鍵科學問題開展研究。通過采用原位超聲波和雷達持續(xù)測試巷道圍巖破裂演化過程中的強度衰減情況的研究，以及現(xiàn)場多次取巖芯的試驗方法，研究現(xiàn)場高應力條件下巖體強度衰減的力學行為，準確把握深部巷道圍巖破裂演化及其強度衰減的規(guī)律，闡明不同支護加固方法在圍巖破裂演化過程中的作用機理；然后通過真三軸空心厚壁圓筒加卸載試驗方法，真實再現(xiàn)巷道開挖、圍巖強度衰減和支護平衡演化的全過程，選擇確定三維強度的描述方法及參數(shù)，完善符合其破壞特點的三維巖石強度理論及其相應的演化動態(tài)力學模型，揭示深部巷道變形破壞的物理本質(zhì)，提出具有顯著成效的深部巷道圍巖破壞后二次穩(wěn)定控制的原理和方法。

本項目以深部高應力巖石巷道圍巖破壞為背景，從巷道圍巖的地質(zhì)力學環(huán)境出發(fā)，以遠離平衡態(tài)的非線性理論為指導，采用原位監(jiān)測、物理模型試驗、室內(nèi)巖樣試驗、理論分析等相結合的方法，緊緊圍繞深部巷道圍巖強度衰減這一關鍵科學問題開展研究。通過現(xiàn)場原位測試，獲得了深部巷道開挖后圍巖破裂演化過程及深部巷道圍巖穩(wěn)定后強度衰減及其分布規(guī)律，并對深部巷道初始高應力狀態(tài)對巷道圍巖破裂范圍的影響規(guī)律進行了研究；在此基礎上，采用巷道圍巖松動圈內(nèi)外主應力差演化規(guī)律作為加卸載應力路徑的實驗新方法，研制了不同應力狀態(tài)下的損傷破裂巖樣，以卸載點的應力降低比、體積膨脹比作為損傷因子，獲得了損傷巖樣強度衰減以及圍壓對其強度衰減幅度的影響規(guī)律，建立了適合深部巷道圍巖峰后強度衰減的模型，揭示了結構效應與尺寸效應對圍巖強度衰減的影響以及預制節(jié)理幾何參數(shù)對巖樣破裂演化過程的影響機理，并針對物理模型試驗中破裂巖體位移場難以量測的難題，研發(fā)了含動態(tài)裂隙巖體的高精度數(shù)字散斑相關量測技術方法。項目研究成果為深部巷道圍巖穩(wěn)定性控制提供了科學依據(jù)。 2100433B

隧道開挖成洞一段時間之后，圍巖出現(xiàn)突發(fā)式滯后性破裂而引起圍巖涌水突泥的現(xiàn)象時有發(fā)生，造成過巨大的傷亡和損失。目前對隧道圍巖揭穿性涌水突泥現(xiàn)象研究較多，對圍巖特別是裂隙性圍巖滯后性破裂引發(fā)涌水突泥現(xiàn)象研究很少。本項目擬在廣泛收集水利水電、交通和礦業(yè)等領域研究資料基礎上，采用現(xiàn)場調(diào)研與測試、水文與工程地質(zhì)分析、巖石力學試驗、物理及數(shù)值模擬和巖體結構力學分析等方法，以典型隧道工程及其監(jiān)測資料為基礎，就高地應力、高地下水壓力和爆破擾動作用下，裂隙性隧道圍巖滯后性破裂和涌水突泥機理進行研究; 探索高地應力、高地下水壓力和爆破擾動作用下，典型隧道圍巖巖性及結構、隧道形態(tài)及尺寸與裂隙性圍巖滯后性破裂特征之間的關系，揭示裂隙性圍巖滯后性破裂和涌水突泥機理，為建立基于高地應力、高地下水壓力和爆破擾動作用下，裂隙性隧道圍巖滯后性破裂判據(jù)和涌水突泥危險性評價預測理論和方法奠定基礎。