.224 北京科技大学学报 第30卷 Coulomb本构模型，锚杆锚索采用修正后的cable~ bolt单元 表3煤与岩体物理力学参数 Table 3 Physical and mechanical parameters of rocks and coal 弹性模量， 泊松比， 剪切模量： 体积模量 抗拉强度， 粘聚力， 内摩擦角， 岩层 E/GPa G/CPa K/GPa g/MPa C/MPa 1() 粗砂岩 4.90 0.25 1.96 3.26 2.00 7.30 29.0 1#煤层 2.15 0.30 0.83 1.79 0.54 4.21 26.1 细砂岩 9.00 0.15 3.90 4.30 2.40 9.00 23.0 粉砂岩 10.00 0.23 4.10 8.30 1.46 6.00 28.0 2*煤层 2.15 0.30 0.83 1.79 0.54 4.21 26.1 泥岩 7.45 0.48 2.52 6.21 1.40 5.58 22.0 粉砂岩 10.00 0.23 4.10 8.30 1.46 6.00 28.0 3数值模拟评价与监测对比分析 没有明显增加，但出现破坏的单元数明显增加，拉 破坏区深度和范围也显著扩大，巷道围岩将发生拉 3.1最大主应力分布特征与围岩变形规律 裂破坏；施加锚杆支护后，顶板的拉应力集中已经不 图4(a,b)分别反映了110202上、下运巷道支 明显，但下部底板仍然存在较大的拉应力集中，由于 护前后最大主应力分布特征，图4(c,d)分别描述了 没有采取适当的加固措施（或约束），在非对称卸荷 计算巷道（含锚杆一锚索轴力）围岩局部应力场特 作用下造成右下方围岩的横向鼓胀或演化为片帮， 征.可看出开挖后应力发生重新分布，巷道上部围 现场观测也反映了这一点，锚杆托板被挤碎、支柱折 岩和底板出现较大的拉应力，拉断区和剪切破坏区 损，最大横向变形达0.9m,如图4(e一g)所示. 迅速扩展至整个顶板和底板.两帮煤层的破坏深度 (e 图4最大主应力分布规律.(a)巷道支护前：(b)巷道支护后；(c)上运巷局部应力场：()下运巷局部应力场：(e)巷帮拉破坏，锚杆托板被挤 碎：()巷帮横向鼓胀，支柱折损：(g)顶板剧烈下沉 Fig.4 Distributing regularity of the maximum principle stress:(a)before roadway support:(b)after roadway support:(c)local stress field of the upper transport lane:(d)local stress field of the lower transport lane:(e)tensile failure in the wall of the roadway,anchor pallet crushed:(f) transversal expansion of the roadway wall,stanchion crippling:(g)roof sinking acutely 3.2最小应力与位移场分布特征及规律 了施加锚杆与锚索后巷道岩体局部（含锚杆轴力）的 图5为巷道开挖支护前后的最小应力与位移场 应力场和位移场，由此可见最大位移出现在开挖巷 分布特征及规律，其中图5(a,c)分别反映了未支护 道的上边界围岩处，同时顶板下沉量、两帮位移也显 工况下巷道局部破坏特征规律，图5(d,f)分别反映 著增加，应力和位移均呈现出明显的非对称性，支Coulomb 本构模型‚锚杆—锚索采用修正后的 cable- bolt 单元． 表3 煤与岩体物理力学参数 Table3 Physical and mechanical parameters of rocks and coal 岩层 弹性模量‚ E／GPa 泊松比‚ μ 剪切模量‚ G／GPa 体积模量‚ K／GPa 抗拉强度‚ σ／l MPa 粘聚力‚ C／MPa 内摩擦角‚ ψ／（°） 粗砂岩 4∙90 0∙25 1∙96 3∙26 2∙00 7∙30 29∙0 1＃煤层 2∙15 0∙30 0∙83 1∙79 0∙54 4∙21 26∙1 细砂岩 9∙00 0∙15 3∙90 4∙30 2∙40 9∙00 23∙0 粉砂岩 10∙00 0∙23 4∙10 8∙30 1∙46 6∙00 28∙0 2＃煤层 2∙15 0∙30 0∙83 1∙79 0∙54 4∙21 26∙1 泥岩 7∙45 0∙48 2∙52 6∙21 1∙40 5∙58 22∙0 粉砂岩 10∙00 0∙23 4∙10 8∙30 1∙46 6∙00 28∙0 3 数值模拟评价与监测对比分析 3∙1 最大主应力分布特征与围岩变形规律 图4（a‚b）分别反映了110202上、下运巷道支 护前后最大主应力分布特征‚图4（c‚d）分别描述了 计算巷道（含锚杆—锚索轴力）围岩局部应力场特 征．可看出开挖后应力发生重新分布‚巷道上部围 岩和底板出现较大的拉应力‚拉断区和剪切破坏区 迅速扩展至整个顶板和底板．两帮煤层的破坏深度 没有明显增加‚但出现破坏的单元数明显增加‚拉 破坏区深度和范围也显著扩大‚巷道围岩将发生拉 裂破坏；施加锚杆支护后‚顶板的拉应力集中已经不 明显‚但下部底板仍然存在较大的拉应力集中‚由于 没有采取适当的加固措施（或约束）‚在非对称卸荷 作用下造成右下方围岩的横向鼓胀或演化为片帮‚ 现场观测也反映了这一点‚锚杆托板被挤碎、支柱折 损‚最大横向变形达0∙9m‚如图4（e—g）所示． 图4 最大主应力分布规律．（a）巷道支护前；（b）巷道支护后；（c）上运巷局部应力场；（d）下运巷局部应力场；（e）巷帮拉破坏‚锚杆托板被挤 碎；（f）巷帮横向鼓胀‚支柱折损；（g）顶板剧烈下沉 Fig．4 Distributing regularity of the maximum principle stress：（a） before roadway support；（b） after roadway support；（c） local stress field of the upper transport lane；（d） local stress field of the lower transport lane；（e） tensile failure in the wall of the roadway‚anchor pallet crushed；（f） transversal expansion of the roadway wall‚stanchion crippling；（g） roof sinking acutely 3∙2 最小应力与位移场分布特征及规律 图5为巷道开挖支护前后的最小应力与位移场 分布特征及规律‚其中图5（a‚c）分别反映了未支护 工况下巷道局部破坏特征规律‚图5（d‚f）分别反映 了施加锚杆与锚索后巷道岩体局部（含锚杆轴力）的 应力场和位移场．由此可见最大位移出现在开挖巷 道的上边界围岩处‚同时顶板下沉量、两帮位移也显 著增加‚应力和位移均呈现出明显的非对称性．支 ·224· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷