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巖土工程論文開(kāi)題報(bào)告范文
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論文提目：大斷面硐室圍巖變形機(jī)理及控制技術(shù)研究
一、選題背景
近年來(lái)，隨著我國(guó)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(xiǎn)道、巷硐(目前，巷硐斷面尺寸的劃分主要以日本隧道協(xié)會(huì)和國(guó)際險(xiǎn)道協(xié)會(huì)的判斷標(biāo)準(zhǔn)為主。特別是伴隨著采掘、運(yùn)輸機(jī)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(yùn)而生。這類巷硐受斷面尺寸大、地質(zhì)條件差及采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)分布復(fù)雜等因素的影響，其圍巖變形破壞機(jī)理比傳統(tǒng)的中小斷面巷硐更為特殊復(fù)雜。
巷硐斷面的不斷擴(kuò)大，給巷硐圍巖變形控制帶來(lái)了很多新問(wèn)題。近年來(lái)，在巷硐支護(hù)工程中，錨桿支護(hù)技術(shù)被廣泛應(yīng)用。這種支護(hù)方式對(duì)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(hù)問(wèn)題的有效方法。但傳統(tǒng)的巷道支護(hù)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(hù)的問(wèn)題(傳統(tǒng)巷道寬3.5-4.5m、高3.0-3.5m)，現(xiàn)階段，針對(duì)大斷面巷銅支護(hù)問(wèn)題的理論研宄和成熟的工程實(shí)踐十分有限，導(dǎo)致大斷面支護(hù)問(wèn)題，特別是復(fù)雜地質(zhì)條件下的大斷面支護(hù)問(wèn)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(jī)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(wèn)題被越來(lái)越多人們所關(guān)注。大斷面巷硐在掘進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生了一系列嚴(yán)重的圍巖失穩(wěn)現(xiàn)象，常規(guī)的支護(hù)方法已無(wú)法滿足其使用要求。大斷面巷硐的出現(xiàn)是對(duì)傳統(tǒng)圍巖控制理論及支護(hù)技術(shù)的一種嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，通過(guò)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(jī)理，并結(jié)合具體地質(zhì)條件確定合理的巷硐支護(hù)方案便成了一個(gè)非常重要的研究課題。此課題的分析研究既能對(duì)一般條件下巷硐圍巖穩(wěn)定性控制問(wèn)題進(jìn)行解答，又能對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下的大斷面巷硐控制技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行有益的探索和完善。綜上所述，開(kāi)展關(guān)于大斷面巷硐圍巖變形機(jī)理及控制技術(shù)的研究，對(duì)創(chuàng)建安全高產(chǎn)高效礦井具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)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(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行研究。該硐室圍巖條件差，斷面尺寸大(荒斷面達(dá)到96m2左右)，給掘進(jìn)、支護(hù)工程帶來(lái)很大困難，硐室掘進(jìn)初期，硐室頂板出現(xiàn)開(kāi)裂、兩幫變形嚴(yán)重，最大移近量接近Im，并伴有較為嚴(yán)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(duì)其圍巖變形破壞機(jī)理進(jìn)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(hù)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(duì)我國(guó)復(fù)雜地質(zhì)條件下大斷面硐室圍巖支護(hù)技術(shù)難題進(jìn)行了有益的探索補(bǔ)充，同時(shí)對(duì)解決王莊煤礦大斷面支架換裝硐室掘進(jìn)、支護(hù)、安全生產(chǎn)等問(wèn)題也具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
三、本文研究涉及的主要理論
劉高、聶德新等學(xué)者在研究高應(yīng)力軟巖形成條件、力學(xué)特征的基礎(chǔ)上，對(duì)高應(yīng)力軟巖巷道圍巖的變形破壞特征進(jìn)行分析，同時(shí)研究了巷道圍巖開(kāi)挖后初始應(yīng)力與二次應(yīng)力的分布特點(diǎn)，從而揭示高應(yīng)力軟弱圍巖的變形破壞機(jī)理。
楊永剛，張海燕以潘三煤礦兩條沿空巷道典型試驗(yàn)為背景，對(duì)深井高地壓沿空巷道的圍巖變形機(jī)理進(jìn)行研究，通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)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(jìn)一步提出了深井沿空巷道圍巖支護(hù)原則。
朱建明從礦物分析、水理分析及巖石的三軸試驗(yàn)出發(fā)，結(jié)合受采動(dòng)影響巷道圍巖大變形的變形、力學(xué)特征，以小官莊鐵礦和安家?guī)X二號(hào)井為工程背景，對(duì)采動(dòng)影響下巷道圍巖大變形機(jī)理進(jìn)行研究。
羅超文、李海波、劉亞群等學(xué)者釆用水壓制裂地應(yīng)力測(cè)試方法，對(duì)某礦地應(yīng)力特點(diǎn)進(jìn)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(shù)清、王衛(wèi)軍等學(xué)者釆用數(shù)值模擬方法對(duì)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(jìn)行分析研究，研究表明：巷道圍巖向內(nèi)部發(fā)展會(huì)間隙性產(chǎn)生強(qiáng)度弱化區(qū)域，針對(duì)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(xué)者建立了巷道底板巖層屈曲破斷力學(xué)模型，對(duì)煤層巷道底板巖層動(dòng)態(tài)破壞機(jī)理進(jìn)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(jì)算方法。
趙志強(qiáng)，劉泉生等學(xué)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(duì)軟巖巷道圍巖變形破壞機(jī)理進(jìn)行研究，并提出相應(yīng)的高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)方法。
EJ.Sellers和P.Klerck等國(guó)外學(xué)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(kāi)挖掘進(jìn)過(guò)程中，會(huì)引起此類圍巖軟弱結(jié)構(gòu)的導(dǎo)通，進(jìn)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(dǎo)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(kāi)采擾動(dòng)等影響因素，綜合應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、理論分析和數(shù)值計(jì)算等方法，對(duì)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(jìn)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?jī)?nèi)容如下：
(1)采用理論分析的方法，對(duì)硐室圍巖塑性變形的尺寸效應(yīng)進(jìn)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(duì)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(jī)理。
(3)結(jié)合大斷面硐室圍巖的變形特征，進(jìn)行大斷面硐室圍巖變形控制研究。對(duì)大斷面巷硐開(kāi)挖常用的三種方法(雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、中隔壁法、正臺(tái)階法)進(jìn)行數(shù)值模擬分析，確定合理大斷面硐室開(kāi)挖方法;針對(duì)大斷面硐室所處的特定地層條件，通過(guò)多種圍巖控制方案對(duì)比分析，提出“加長(zhǎng)銷桿、錨索+注漿錯(cuò)索+底板長(zhǎng)錯(cuò)索”聯(lián)合支護(hù)技術(shù)。
(4)在+540水平井下大斷面支架換裝硐室進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)研究，并對(duì)圍巖變形監(jiān)測(cè)效果進(jìn)行分析。
五、寫作提綱
摘要 3-4
ABSTRACT 4-5
1 緒論 8-14
1.1 問(wèn)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(jī)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(wèn)題 11-12
1.4 主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線 12-14
1.4.1 研究?jī)?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(jī)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(jī)理數(shù)值模擬研究 23-49
3.2.1 計(jì)算模型建立 23-25
3.2.2 斷面尺寸對(duì)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(duì)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(duì)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(kāi)挖對(duì)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(kāi)挖工法對(duì)大斷面硐室圍巖變形控制影響分析 54-58
4.2.2 不同支護(hù)方式對(duì)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(hù)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(hù)效果分析 72-76
5.3.1 硐室表面位移觀測(cè)分析 72-73
5.3.2 鉆孔窺視儀觀測(cè)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(xiàn) 79-83
在讀發(fā)表學(xué)術(shù)論文 83-84
致謝 84
六、目前已經(jīng)閱讀的主要文獻(xiàn)
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