内摩擦角对逐步开挖拱形巷道围岩分区破裂化的影响

王学滨,田 锋,马 冰,张智慧,潘一山

(1.辽宁工程技术大学 计算力学研究所，辽宁 阜新 123000; 2.辽宁工程技术大学 力学与工程学院，辽宁 阜新 123000; 3.辽宁大学，辽宁 沈阳 110136)

巷道围岩分区破裂化(或分区破碎化、分区碎裂化)是指在深部开挖巷道时围岩交替呈现圆环形的破裂区和未破裂区的现象[1-3]。国内的一些煤矿、金属矿[4-7]及锦屏二级水电站[8]发现了分区破裂化。分区破裂化研究的工程意义在于确定合理的巷道开挖和支护参数。目前，研究人员采用诸多观点解释分区破裂化的形成机制，尚缺乏统一的认识;对于分区破裂化的影响规律还了解得不多，这不利于分区破裂化的深入认识、治理或利用。

为了探索巷道围岩分区破裂化的有关规律，一些研究人员开展了数值模拟研究。例如，王红英等研究了应力释放速率、软化参数及侧压系数等的影响[9];高富强等研究了巷道形状等的影响[10];苏永华和郑璇研究了内摩擦角等的影响[11]。应当指出，上述模型均是二维平面应变模型，难以考虑巷道的开挖过程，结果呈现的是垂直于巷道轴线平面上剪切带的发展规律。此种剪切带与塑性力学中的滑移线类似。尤其需要指出的是，垂直于巷道轴线平面上分区破裂化的典型特征是多个(近似)圆环形的破裂区相间隔，且其中心与巷道中心重合，而垂直于巷道轴线平面上的滑移线相互交叉，起源于巷道表面，呈螺线向围岩深部发展。

在分区破裂化的数值模拟[12-13]和实验[14-16]研究方面，笔者及合作者开展了一些探索。……