高應(yīng)力環(huán)境下巷道碎裂圍巖時效劣化規(guī)律及工程應(yīng)用的深度剖析

高應(yīng)力環(huán)境下巷道碎裂圍巖時效劣化規(guī)律及工程應(yīng)用的深度剖析一、引言1.1研究背景與意義隨著煤炭資源開采逐漸向深部拓展，巷道所處的地質(zhì)環(huán)境愈發(fā)復(fù)雜，高應(yīng)力作用下的巷道碎裂圍巖問題日益突出。在深部開采過程中，地應(yīng)力顯著增大，圍巖在高應(yīng)力的持續(xù)作用下，極易發(fā)生碎裂，導(dǎo)致巷道的穩(wěn)定性受到嚴(yán)重威脅。例如，在一些深部煤礦開采中，巷道圍巖出現(xiàn)大面積的破碎、剝落現(xiàn)象，不僅增加了巷道支護(hù)的難度和成本，還嚴(yán)重影響了礦井的安全生產(chǎn)和正常運營。巷道碎裂圍巖的時效劣化是一個復(fù)雜的過程，受到多種因素的綜合影響。高應(yīng)力狀態(tài)下，圍巖內(nèi)部的微裂紋會不斷擴(kuò)展、貫通，導(dǎo)致巖體的力學(xué)性能逐漸降低。同時，時間因素也起著關(guān)鍵作用，隨著時間的推移，圍巖的劣化程度會不斷加劇，使得巷道的變形和破壞呈現(xiàn)出明顯的時效性。此外，地下水的作用、開采擾動等因素也會進(jìn)一步加速圍巖的時效劣化進(jìn)程。對高應(yīng)力下巷道碎裂圍巖時效劣化規(guī)律的研究具有極其重要的意義。從保障巷道安全穩(wěn)定的角度來看，深入了解時效劣化規(guī)律能夠為巷道支護(hù)設(shè)計提供更為科學(xué)、準(zhǔn)確的依據(jù)。通過掌握圍巖在不同時間段的力學(xué)性能變化以及變形破壞特征，能夠合理選擇支護(hù)方式和支護(hù)參數(shù)，從而有效控制巷道的變形，確保巷道在整個服務(wù)期間的穩(wěn)定性，為礦井的安全生產(chǎn)提供堅實保障。在經(jīng)濟(jì)成本方面，研究時效劣化規(guī)律有助于優(yōu)化巷道支護(hù)方案，避免過度支護(hù)或支護(hù)不足的情況發(fā)生。過度支護(hù)會導(dǎo)致支護(hù)成本過高，造成資源浪費；而支護(hù)不足則會使巷道頻繁出現(xiàn)變形破壞，需要進(jìn)行多次返修，同樣會增加成本。通過對時效劣化規(guī)律的研究，能夠在滿足巷道安全要求的前提下，實現(xiàn)支護(hù)成本的最小化，提高礦井的經(jīng)濟(jì)效益。從行業(yè)發(fā)展角度而言，該研究能推動采礦工程領(lǐng)域相關(guān)理論和技術(shù)的進(jìn)步，為深部資源開采提供有力的技術(shù)支撐，促進(jìn)煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在高應(yīng)力巷道圍巖穩(wěn)定性研究方面，國內(nèi)外學(xué)者已取得了一系列重要成果。國外學(xué)者如Cai等通過室內(nèi)試驗和數(shù)值模擬，對深部高應(yīng)力條件下巖石的力學(xué)特性和破壞機(jī)制進(jìn)行了深入研究，揭示了高應(yīng)力作用下巖石內(nèi)部微裂紋的萌生、擴(kuò)展和貫通過程，以及由此導(dǎo)致的巖體強(qiáng)度劣化和變形破壞特征。在國內(nèi)，謝和平等學(xué)者運用損傷力學(xué)和斷裂力學(xué)理論，分析了深部巷道圍巖在高應(yīng)力作用下的損傷演化規(guī)律，建立了相應(yīng)的力學(xué)模型，為巷道穩(wěn)定性分析提供了理論基礎(chǔ)。關(guān)于巷道圍巖時效劣化的研究，國外學(xué)者如Hunsche和Urai通過對鹽巖等軟巖的長期蠕變試驗，研究了巖石在恒定荷載作用下的變形隨時間的變化規(guī)律，提出了蠕變模型來描述巖石的時效特性。國內(nèi)學(xué)者馮夏庭等利用巖石流變試驗，研究了不同應(yīng)力水平下巖石的流變特性，建立了能反映巖石時效劣化的流變本構(gòu)模型，并將其應(yīng)用于巷道圍巖穩(wěn)定性分析中。在高應(yīng)力巷道圍巖控制技術(shù)研究方面，國外采用了多種先進(jìn)的支護(hù)技術(shù)和方法。如在南非的深部金礦開采中，采用了高強(qiáng)度的錨桿、錨索支護(hù)系統(tǒng)，并結(jié)合噴射混凝土和鋼支架等聯(lián)合支護(hù)方式，有效地控制了巷道圍巖的變形和破壞。在國內(nèi)，柏建彪等提出了高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)力支護(hù)技術(shù)，通過提高錨桿、錨索的預(yù)緊力，增強(qiáng)了支護(hù)結(jié)構(gòu)對圍巖的主動控制作用，提高了巷道圍巖的穩(wěn)定性；康紅普等研發(fā)了新型的錨桿、錨索材料和支護(hù)設(shè)備，提高了支護(hù)的可靠性和耐久性。然而，當(dāng)前研究仍存在一些不足之處。在高應(yīng)力巷道圍巖時效劣化規(guī)律的研究中，雖然已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，但對于復(fù)雜地質(zhì)條件下，如多場耦合（應(yīng)力場、滲流場、溫度場等）作用下圍巖的時效劣化機(jī)制和規(guī)律，研究還不夠深入，現(xiàn)有的理論模型和研究方法難以準(zhǔn)確描述和預(yù)測圍巖的長期穩(wěn)定性。在巷道支護(hù)技術(shù)方面，雖然已經(jīng)提出了多種支護(hù)方式，但如何根據(jù)巷道的具體地質(zhì)條件和圍巖時效劣化特征，實現(xiàn)支護(hù)方案的精細(xì)化設(shè)計和優(yōu)化，仍然是一個亟待解決的問題。此外，對于高應(yīng)力下巷道碎裂圍巖時效劣化的現(xiàn)場監(jiān)測和預(yù)警技術(shù)研究相對薄弱，缺乏有效的監(jiān)測手段和預(yù)警指標(biāo)體系，難以對巷道的安全狀態(tài)進(jìn)行實時評估和預(yù)警。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容高應(yīng)力下巷道碎裂圍巖時效劣化規(guī)律研究：通過室內(nèi)巖石力學(xué)試驗，模擬高應(yīng)力環(huán)境，研究不同應(yīng)力水平下巖石的時效變形特性，包括蠕變、松弛等，分析巖石在時效過程中的力學(xué)性能變化規(guī)律，如強(qiáng)度、彈性模量等參數(shù)的演變。運用理論分析方法，建立考慮時間因素的巷道碎裂圍巖時效劣化力學(xué)模型，基于損傷力學(xué)、流變學(xué)等理論，描述圍巖內(nèi)部微裂紋的擴(kuò)展、損傷演化與時間的關(guān)系，從而揭示巷道碎裂圍巖時效劣化的內(nèi)在機(jī)制。影響高應(yīng)力下巷道碎裂圍巖時效劣化的因素分析：分析地應(yīng)力大小、方向和分布特征對巷道碎裂圍巖時效劣化的影響，研究不同地應(yīng)力狀態(tài)下，圍巖的初始損傷程度以及時效劣化過程中的變形和破壞模式的差異。探討地下水的賦存狀態(tài)、滲流特性對圍巖時效劣化的作用，考慮水-巖相互作用對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響，如軟化、膨脹等效應(yīng)，以及地下水滲流對圍巖應(yīng)力分布的改變。研究開采擾動，如采掘順序、開采速度等因素對巷道碎裂圍巖時效劣化的影響，分析開采擾動引起的應(yīng)力重新分布及時效劣化進(jìn)程的加速作用。高應(yīng)力下巷道碎裂圍巖時效劣化的數(shù)值模擬研究：基于巖石力學(xué)試驗結(jié)果和時效劣化力學(xué)模型，利用數(shù)值模擬軟件，建立高應(yīng)力下巷道碎裂圍巖的數(shù)值模型，模擬巷道開挖過程中圍巖的應(yīng)力、應(yīng)變分布及時效劣化過程，預(yù)測巷道在不同時間段的變形和破壞趨勢。通過數(shù)值模擬，分析不同支護(hù)方案對巷道碎裂圍巖時效劣化的控制效果，對比不同支護(hù)參數(shù)，如錨桿長度、間距，錨索預(yù)緊力等條件下，圍巖的應(yīng)力狀態(tài)、變形量和破壞范圍的變化，為支護(hù)方案的優(yōu)化提供依據(jù)。高應(yīng)力下巷道碎裂圍巖時效劣化的現(xiàn)場監(jiān)測與應(yīng)用研究：在實際工程現(xiàn)場，選擇具有代表性的巷道，布置監(jiān)測系統(tǒng)，對巷道圍巖的位移、應(yīng)力、裂隙發(fā)育等參數(shù)進(jìn)行長期監(jiān)測，獲取圍巖時效劣化的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，驗證室內(nèi)試驗和數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)和時效劣化規(guī)律研究成果，對巷道支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，提出適合高應(yīng)力下巷道碎裂圍巖時效劣化控制的支護(hù)技術(shù)和措施，并在工程實踐中應(yīng)用，評估其支護(hù)效果和經(jīng)濟(jì)效益。1.3.2研究方法理論分析方法：運用巖石力學(xué)、損傷力學(xué)、流變學(xué)等相關(guān)理論，對高應(yīng)力下巷道碎裂圍巖的時效劣化機(jī)制進(jìn)行深入分析，建立相應(yīng)的力學(xué)模型，推導(dǎo)相關(guān)計算公式，為研究提供理論基礎(chǔ)。基于彈塑性力學(xué)理論，分析巷道開挖后圍巖的應(yīng)力重分布規(guī)律，確定圍巖中的應(yīng)力集中區(qū)域和塑性區(qū)范圍。利用損傷力學(xué)理論，建立巖石損傷變量與微裂紋擴(kuò)展的關(guān)系模型，描述圍巖在高應(yīng)力和時間作用下的損傷演化過程。結(jié)合流變學(xué)理論，建立巖石的流變本構(gòu)模型，考慮蠕變、松弛等時效特性，分析圍巖變形隨時間的變化規(guī)律。數(shù)值模擬方法：采用先進(jìn)的數(shù)值模擬軟件，如FLAC、ANSYS等，建立高應(yīng)力下巷道碎裂圍巖的數(shù)值模型，模擬巷道開挖、支護(hù)過程以及圍巖的時效劣化過程。在數(shù)值模型中，考慮巖石的非線性力學(xué)特性、地應(yīng)力場、地下水滲流場等因素的耦合作用，通過數(shù)值計算，得到巷道圍巖在不同工況下的應(yīng)力、應(yīng)變、位移等參數(shù)的分布和變化情況，直觀地展示巷道碎裂圍巖的時效劣化過程和支護(hù)效果。利用數(shù)值模擬軟件的參數(shù)敏感性分析功能，研究不同因素對巷道碎裂圍巖時效劣化的影響程度，為現(xiàn)場試驗和工程應(yīng)用提供參考依據(jù)?，F(xiàn)場監(jiān)測方法：在實際工程現(xiàn)場，對巷道碎裂圍巖的時效劣化過程進(jìn)行實時監(jiān)測，獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)。采用全站儀、水準(zhǔn)儀等測量儀器，對巷道圍巖的表面位移進(jìn)行定期監(jiān)測，記錄巷道頂?shù)装?、兩幫的移近量隨時間的變化情況。在巷道圍巖內(nèi)部布置應(yīng)力傳感器、應(yīng)變計等監(jiān)測元件，測量圍巖內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變變化，了解圍巖的受力狀態(tài)和變形特征。利用地質(zhì)雷達(dá)、聲波檢測儀等無損檢測設(shè)備，對巷道圍巖的裂隙發(fā)育情況進(jìn)行探測，分析裂隙的擴(kuò)展方向、長度和密度等參數(shù)隨時間的變化，評估圍巖的損傷程度。通過現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，驗證理論分析和數(shù)值模擬的結(jié)果，及時發(fā)現(xiàn)巷道支護(hù)中存在的問題，為支護(hù)方案的優(yōu)化和調(diào)整提供依據(jù)。二、高應(yīng)力下巷道碎裂圍巖時效劣化的基本理論2.1相關(guān)概念界定高應(yīng)力是指在深部地下工程中，由于上覆巖層的自重、地質(zhì)構(gòu)造運動等因素，導(dǎo)致巷道圍巖所承受的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過淺部工程的應(yīng)力水平。一般而言，當(dāng)巷道所處位置的地應(yīng)力超過巖體的長期強(qiáng)度，或者與巖體的單軸抗壓強(qiáng)度具有一定比例關(guān)系時，可認(rèn)為處于高應(yīng)力狀態(tài)。在煤礦開采中，當(dāng)開采深度超過一定范圍，如超過800m時，地應(yīng)力顯著增大，常出現(xiàn)高應(yīng)力情況。高應(yīng)力在巷道工程中表現(xiàn)為圍巖受到強(qiáng)大的擠壓作用，致使圍巖內(nèi)部產(chǎn)生大量的微裂紋和塑性變形。其危害主要體現(xiàn)在導(dǎo)致巷道變形急劇增加，如巷道頂?shù)装宄霈F(xiàn)嚴(yán)重的移近、兩幫鼓出等現(xiàn)象，嚴(yán)重時會引發(fā)巷道坍塌，威脅人員和設(shè)備安全，增加巷道維護(hù)成本和難度。巷道碎裂圍巖是指在高應(yīng)力、地質(zhì)構(gòu)造、開采擾動等多種因素作用下，巷道周圍巖體的完整性遭到破壞，形成破碎、松散的巖體區(qū)域。在巷道開挖過程中，圍巖的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，原本處于平衡狀態(tài)的巖體受到擾動，當(dāng)應(yīng)力超過巖體的強(qiáng)度時，巖體就會發(fā)生破裂。碎裂圍巖的表現(xiàn)形式包括巖石破碎成小塊、節(jié)理裂隙大量發(fā)育、巖體結(jié)構(gòu)松散等。這種碎裂狀態(tài)會極大地降低圍巖的承載能力，使得巷道更容易發(fā)生變形和破壞，增加了支護(hù)的難度和復(fù)雜性，還可能導(dǎo)致巷道的通風(fēng)、運輸?shù)裙δ苁艿接绊?。時效劣化是指巖石材料在長期的荷載作用、環(huán)境因素影響以及時間效應(yīng)下，其力學(xué)性能逐漸降低的現(xiàn)象。在高應(yīng)力巷道中，圍巖的時效劣化表現(xiàn)為隨著時間的推移，巖石的強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)參數(shù)逐漸減小，變形不斷增大，蠕變、松弛等時效變形特征明顯。比如，巷道圍巖在開挖初期變形較小，但隨著時間延長，變形速率逐漸增大，最終可能導(dǎo)致巷道失穩(wěn)。時效劣化的危害在于它會使巷道在長期使用過程中，穩(wěn)定性逐漸降低，即使初期支護(hù)能夠滿足要求，但隨著時效劣化的發(fā)展，后期仍可能出現(xiàn)支護(hù)失效、巷道變形過大等問題，需要不斷進(jìn)行維護(hù)和修復(fù)，增加了巷道的全生命周期成本。2.2時效劣化的力學(xué)機(jī)制從巖石力學(xué)角度來看，高應(yīng)力下巷道碎裂圍巖的時效劣化力學(xué)機(jī)制十分復(fù)雜，涉及應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、蠕變特性等多個關(guān)鍵方面。2.2.1應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系在高應(yīng)力作用下，巷道碎裂圍巖的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系呈現(xiàn)出明顯的非線性特征。當(dāng)應(yīng)力水平較低時，圍巖基本處于彈性階段，應(yīng)力與應(yīng)變近似呈線性關(guān)系，此時巖體內(nèi)部的微裂紋處于閉合狀態(tài)，變形主要是由于巖石顆粒的彈性變形引起的。隨著應(yīng)力逐漸增大并超過一定閾值，巖體進(jìn)入塑性階段，微裂紋開始萌生、擴(kuò)展，應(yīng)力-應(yīng)變曲線偏離線性關(guān)系，應(yīng)變增加的速率明顯加快，此時巖體的變形不僅包括彈性變形，還包含了塑性變形。當(dāng)應(yīng)力繼續(xù)增大到接近或超過巖體的峰值強(qiáng)度時，巖體內(nèi)部的微裂紋大量貫通，形成宏觀裂縫，巖體發(fā)生破壞，應(yīng)力-應(yīng)變曲線出現(xiàn)下降段，表明巖體的承載能力逐漸降低。在時效劣化過程中，由于時間因素的作用，巖體的力學(xué)性能逐漸劣化，相同應(yīng)力水平下的應(yīng)變會隨時間不斷增大，即應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系隨時間發(fā)生變化，這進(jìn)一步加劇了巷道圍巖的變形和破壞。2.2.2蠕變特性蠕變是高應(yīng)力下巷道碎裂圍巖時效劣化的重要表現(xiàn)形式之一。巖石的蠕變過程一般可分為三個階段：初始蠕變階段、穩(wěn)態(tài)蠕變階段和加速蠕變階段。在初始蠕變階段，蠕變速率隨時間迅速減小，這是因為在加載初期，巖體內(nèi)部的微裂紋和缺陷迅速被壓實，抵抗變形的能力增強(qiáng)，導(dǎo)致蠕變速率降低。進(jìn)入穩(wěn)態(tài)蠕變階段后，蠕變速率基本保持恒定，此時巖體內(nèi)部的微裂紋擴(kuò)展和新裂紋的產(chǎn)生速率相對穩(wěn)定，變形主要是由于巖石內(nèi)部的位錯滑移等機(jī)制引起的。隨著時間的進(jìn)一步延長，當(dāng)巖體內(nèi)部的損傷積累到一定程度時，便進(jìn)入加速蠕變階段，蠕變速率急劇增大，直至巖體發(fā)生破壞。在高應(yīng)力條件下，巷道碎裂圍巖更容易進(jìn)入加速蠕變階段，導(dǎo)致巷道變形迅速增大，支護(hù)難度增加。此外，蠕變特性還與巖石的種類、結(jié)構(gòu)、含水量以及溫度等因素密切相關(guān)。不同類型的巖石，其蠕變特性存在顯著差異，如軟巖的蠕變變形一般比硬巖更為明顯；含水量增加會使巖石的蠕變變形增大，因為水的存在會降低巖石顆粒之間的摩擦力，促進(jìn)微裂紋的擴(kuò)展；溫度升高也會加快巖石的蠕變進(jìn)程，因為溫度的變化會影響巖石內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)和物理過程。2.3時效劣化的影響因素2.3.1地質(zhì)因素地應(yīng)力是影響巷道碎裂圍巖時效劣化的關(guān)鍵地質(zhì)因素之一。在高應(yīng)力環(huán)境下，巷道圍巖承受著巨大的壓力，這使得圍巖內(nèi)部的微裂紋更容易產(chǎn)生和擴(kuò)展。地應(yīng)力的大小直接決定了圍巖所受荷載的水平，當(dāng)應(yīng)力超過巖體的強(qiáng)度閾值時，巖體就會發(fā)生破裂。在深部開采中，隨著開采深度的增加，地應(yīng)力顯著增大，巷道圍巖更容易出現(xiàn)碎裂現(xiàn)象。地應(yīng)力的方向也對時效劣化有重要影響，不同方向的應(yīng)力會導(dǎo)致圍巖的變形和破壞呈現(xiàn)出各向異性。當(dāng)水平應(yīng)力大于垂直應(yīng)力時，巷道兩幫更容易出現(xiàn)鼓出和開裂現(xiàn)象；而當(dāng)垂直應(yīng)力較大時，巷道頂?shù)装宓淖冃螘鼮橥怀?。地?yīng)力的分布不均勻性會造成圍巖內(nèi)部應(yīng)力集中，在應(yīng)力集中區(qū)域，圍巖的時效劣化速度會明顯加快，更容易發(fā)生破壞。巖石性質(zhì)對巷道碎裂圍巖時效劣化有著本質(zhì)上的影響。巖石的強(qiáng)度是決定其抵抗變形和破壞能力的重要指標(biāo)，高強(qiáng)度的巖石在高應(yīng)力作用下相對更不容易發(fā)生碎裂和時效劣化。例如，花崗巖等硬質(zhì)巖石，其抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度較高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密，微裂紋和孔隙較少，在相同的高應(yīng)力條件下，比頁巖、泥巖等軟質(zhì)巖石更能保持穩(wěn)定，時效劣化的速度也相對較慢。巖石的彈性模量反映了巖石在受力時的彈性變形能力，彈性模量較大的巖石，在受到應(yīng)力作用時，彈性變形較小，能夠更好地承受荷載，從而延緩時效劣化的進(jìn)程。而巖石的泊松比則影響著巖石在受力時橫向變形與縱向變形的關(guān)系，泊松比大的巖石，在縱向受壓時，橫向變形較大，更容易導(dǎo)致圍巖的失穩(wěn)和時效劣化。巖石的礦物成分和結(jié)構(gòu)特征也會影響其時效劣化特性。含有較多黏土礦物的巖石，如泥巖，遇水后容易發(fā)生膨脹和軟化，加速時效劣化；而巖石的層理、節(jié)理等結(jié)構(gòu)面，會成為應(yīng)力集中和裂紋擴(kuò)展的薄弱部位，促進(jìn)圍巖的碎裂和時效劣化。地質(zhì)構(gòu)造對巷道碎裂圍巖時效劣化起著不可忽視的作用。斷層作為一種常見的地質(zhì)構(gòu)造，其附近的巖體完整性遭到嚴(yán)重破壞，巖石破碎，結(jié)構(gòu)松散，應(yīng)力分布復(fù)雜。在高應(yīng)力作用下，斷層附近的圍巖更容易發(fā)生時效劣化，變形和破壞也更為嚴(yán)重。巷道穿越斷層時，圍巖的穩(wěn)定性會急劇下降，容易出現(xiàn)坍塌等事故。褶皺構(gòu)造會使巖石產(chǎn)生彎曲和變形，形成應(yīng)力集中區(qū)域，在褶皺的軸部和翼部，應(yīng)力狀態(tài)與正常巖體不同，圍巖的時效劣化過程也會受到影響。在褶皺軸部，由于巖層受到拉伸和擠壓作用，巖石內(nèi)部的微裂紋更容易發(fā)育，導(dǎo)致時效劣化加速。節(jié)理和裂隙是巖石中的天然不連續(xù)面，它們的存在增加了巖石的滲透性，使得地下水更容易侵入巖體，同時也降低了巖石的強(qiáng)度和整體性。節(jié)理和裂隙的密度、方向和連通性等特征會影響圍巖的時效劣化程度，密度越大、連通性越好的節(jié)理和裂隙，越有利于裂紋的擴(kuò)展和地下水的滲透，從而加速圍巖的時效劣化。地下水在巷道碎裂圍巖時效劣化過程中扮演著重要角色。地下水的存在會降低巖石的強(qiáng)度，這是因為水會對巖石中的礦物產(chǎn)生物理和化學(xué)作用。對于含有黏土礦物的巖石，水會使其發(fā)生膨脹，從而改變巖石的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)，降低其強(qiáng)度。水還會溶解巖石中的某些礦物質(zhì)，削弱巖石顆粒之間的膠結(jié)力，使巖石的強(qiáng)度下降。地下水的滲流會對圍巖產(chǎn)生動水壓力，改變圍巖的應(yīng)力分布狀態(tài)。在高應(yīng)力環(huán)境下，動水壓力的作用會進(jìn)一步加劇圍巖的變形和破壞，加速時效劣化進(jìn)程。當(dāng)巷道周圍存在地下水時，滲流會導(dǎo)致圍巖內(nèi)部的有效應(yīng)力發(fā)生變化，使得圍巖更容易發(fā)生塑性變形和破裂。此外，地下水還會加速巖石的風(fēng)化和侵蝕作用，使巖石表面的裂隙不斷擴(kuò)大和加深，進(jìn)而促進(jìn)圍巖的時效劣化。2.3.2工程因素巷道形狀對高應(yīng)力下巷道碎裂圍巖時效劣化有著顯著影響。不同的巷道形狀會導(dǎo)致圍巖應(yīng)力分布的差異，從而影響時效劣化的進(jìn)程。圓形巷道由于其形狀的對稱性，在均勻地應(yīng)力作用下，圍巖的應(yīng)力分布相對均勻，應(yīng)力集中程度較低。這使得圓形巷道的圍巖在高應(yīng)力環(huán)境下，時效劣化相對較為緩慢，穩(wěn)定性相對較好。相比之下，矩形巷道的拐角處容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，在高應(yīng)力作用下，這些部位的圍巖更容易產(chǎn)生裂縫和破碎，時效劣化速度明顯加快。例如，在某深部礦井的巷道開采中，矩形巷道的拐角處經(jīng)常出現(xiàn)嚴(yán)重的開裂和剝落現(xiàn)象，而圓形巷道則保持相對穩(wěn)定。巷道的高寬比也會對圍巖的應(yīng)力分布和時效劣化產(chǎn)生影響。當(dāng)高寬比過大或過小時，都會導(dǎo)致圍巖應(yīng)力分布不均勻，增加時效劣化的風(fēng)險。因此，在巷道設(shè)計時，需要綜合考慮地質(zhì)條件和工程要求，選擇合適的巷道形狀和高寬比，以降低圍巖的時效劣化程度。巷道尺寸也是影響高應(yīng)力下巷道碎裂圍巖時效劣化的重要工程因素。隨著巷道尺寸的增大，圍巖所承受的荷載也相應(yīng)增加，這會導(dǎo)致圍巖內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)更加復(fù)雜，微裂紋更容易擴(kuò)展，從而加速時效劣化。在大斷面巷道中，由于圍巖暴露面積大，受到的地應(yīng)力作用更為顯著，其變形和破壞程度往往比小斷面巷道更為嚴(yán)重。例如，在一些大型地下硐室的開挖中，由于硐室尺寸較大，圍巖在高應(yīng)力下出現(xiàn)了大面積的破碎和垮落現(xiàn)象。巷道的跨度對圍巖的穩(wěn)定性影響尤為突出，跨度越大，巷道頂板的彎曲變形就越大，頂板圍巖更容易發(fā)生拉伸破壞，進(jìn)而引發(fā)時效劣化。此外，巷道的高度也會影響圍巖的應(yīng)力分布和變形特征，過高的巷道會使圍巖在垂直方向上的應(yīng)力集中加劇，增加時效劣化的可能性。因此，在確定巷道尺寸時，需要充分考慮圍巖的承載能力和時效劣化特性，合理控制巷道的跨度和高度。支護(hù)方式對高應(yīng)力下巷道碎裂圍巖時效劣化的控制起著關(guān)鍵作用。不同的支護(hù)方式對圍巖的約束和加固效果不同，從而影響時效劣化的進(jìn)程。錨桿支護(hù)是一種常見的巷道支護(hù)方式，通過將錨桿錨固在圍巖中，提供一定的錨固力，約束圍巖的變形，阻止微裂紋的擴(kuò)展，從而延緩時效劣化。在某高應(yīng)力巷道中，采用高強(qiáng)度錨桿支護(hù)后，圍巖的變形得到了有效控制，時效劣化速度明顯減緩。錨索支護(hù)則通過施加較大的預(yù)緊力，對圍巖提供更強(qiáng)的約束作用，能夠有效提高圍巖的穩(wěn)定性，抑制時效劣化。在深部巷道中，錨索支護(hù)常常與錨桿支護(hù)聯(lián)合使用，形成錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)體系，進(jìn)一步增強(qiáng)對圍巖的支護(hù)效果。噴射混凝土支護(hù)可以及時封閉圍巖表面，防止圍巖風(fēng)化和地下水侵入，同時還能與圍巖形成一個整體，共同承受荷載，對延緩時效劣化起到積極作用。不同支護(hù)方式的組合和參數(shù)選擇，如錨桿的長度、間距，錨索的預(yù)緊力等，都會對圍巖的時效劣化控制效果產(chǎn)生影響，需要根據(jù)具體的地質(zhì)條件和巷道情況進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。施工工藝在高應(yīng)力下巷道碎裂圍巖時效劣化過程中也有著重要影響。爆破施工是巷道開挖中常用的方法之一，但爆破產(chǎn)生的震動和沖擊會對圍巖造成損傷，增加微裂紋的數(shù)量和長度，從而加速時效劣化。在某高應(yīng)力巷道爆破施工后，圍巖的松動圈明顯增大，變形速率加快，時效劣化程度加劇。為了減少爆破對圍巖的損傷，采用光面爆破、預(yù)裂爆破等控制爆破技術(shù)，可以有效降低爆破震動和沖擊，保護(hù)圍巖的完整性，延緩時效劣化。掘進(jìn)機(jī)施工則可以避免爆破對圍巖的損傷，通過機(jī)械切削的方式開挖巷道，對圍巖的擾動較小，有利于保持圍巖的穩(wěn)定性，減緩時效劣化進(jìn)程。在施工過程中，合理的施工順序和施工速度也很重要。如果施工順序不合理，如先開挖軟弱圍巖部分，會導(dǎo)致圍巖應(yīng)力重新分布不均，加速時效劣化；而施工速度過快，會使圍巖來不及適應(yīng)應(yīng)力變化，增加變形和破壞的風(fēng)險。因此，需要根據(jù)巷道的地質(zhì)條件和工程要求，選擇合適的施工工藝，合理安排施工順序和速度，以減少對圍巖時效劣化的影響。三、高應(yīng)力下巷道碎裂圍巖時效劣化規(guī)律的研究方法3.1室內(nèi)實驗研究3.1.1實驗方案設(shè)計以某礦巷道圍巖為研究對象，該礦巷道埋深較大，地應(yīng)力高，圍巖破碎情況較為嚴(yán)重。在實驗準(zhǔn)備階段，從該礦巷道周邊采集具有代表性的巖石樣本，確保樣本能夠真實反映巷道圍巖的特性。采用專業(yè)的制樣設(shè)備，如鉆石機(jī)、切石機(jī)和磨石機(jī)，將采集的巖石樣本加工成直徑為50mm、高度為100mm的標(biāo)準(zhǔn)圓柱體試件，以滿足實驗要求。在制樣過程中，嚴(yán)格控制試件的尺寸精度，確保沿試件高度直徑的誤差不超過±0.3mm，試件兩端面不平行度誤差最大不超過±0.05mm，端面垂直于軸線的最大偏差不超過±0.25°，以保證實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。本次實驗選用高精度的巖石力學(xué)實驗機(jī)，該實驗機(jī)具備加載精度高、控制穩(wěn)定等優(yōu)點，能夠精確模擬高應(yīng)力環(huán)境。為了模擬巷道圍巖在實際工程中所承受的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，采用分級加載的方式對試件進(jìn)行加載。首先，對試件施加一定的初始荷載，模擬巷道圍巖的初始地應(yīng)力狀態(tài)；然后，按照一定的應(yīng)力增量逐級增加荷載，直至試件破壞。在加載過程中，密切監(jiān)測試件的變形情況，記錄各級荷載下的軸向應(yīng)變和橫向應(yīng)變數(shù)據(jù)。為了研究巖石在高應(yīng)力下的時效劣化特性，設(shè)置了不同的加載時間階段。在每個應(yīng)力水平下，保持荷載恒定，持續(xù)觀測試件在不同時間點的變形情況，記錄蠕變數(shù)據(jù)。通過這種方式，能夠全面了解巖石在高應(yīng)力和時間雙重作用下的變形和劣化規(guī)律。同時，為了保證實驗結(jié)果的可靠性，對每個實驗條件均設(shè)置多個平行試件，進(jìn)行重復(fù)實驗，以減小實驗誤差。3.1.2實驗結(jié)果分析通過對實驗數(shù)據(jù)的深入分析，能夠清晰地揭示巖石在高應(yīng)力下的變形、強(qiáng)度和時效劣化特性。在變形特性方面，隨著應(yīng)力水平的不斷提高，巖石的軸向應(yīng)變和橫向應(yīng)變均呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢。在低應(yīng)力階段，巖石的變形主要以彈性變形為主，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系近似呈線性；當(dāng)應(yīng)力超過一定閾值后，巖石進(jìn)入塑性變形階段，應(yīng)變增加的速率明顯加快，應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈現(xiàn)出非線性特征。在高應(yīng)力作用下，巖石內(nèi)部的微裂紋開始大量萌生和擴(kuò)展，導(dǎo)致巖石的變形急劇增大，最終發(fā)生破壞。從強(qiáng)度特性來看，巖石的抗壓強(qiáng)度隨著應(yīng)力水平的增加先增大后減小。在應(yīng)力較低時，巖石內(nèi)部的結(jié)構(gòu)相對完整，能夠承受較大的荷載，抗壓強(qiáng)度較高；隨著應(yīng)力的不斷增大，巖石內(nèi)部的微裂紋逐漸擴(kuò)展并相互貫通，形成宏觀裂縫，導(dǎo)致巖石的承載能力下降，抗壓強(qiáng)度降低。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到巖石的峰值強(qiáng)度后，巖石發(fā)生破壞，強(qiáng)度急劇降低。在時效劣化特性方面，通過對蠕變曲線的分析可以發(fā)現(xiàn)，巖石的蠕變過程可分為初始蠕變階段、穩(wěn)態(tài)蠕變階段和加速蠕變階段。在初始蠕變階段，蠕變速率較大，隨著時間的推移，蠕變速率逐漸減小；進(jìn)入穩(wěn)態(tài)蠕變階段后，蠕變速率基本保持恒定；當(dāng)蠕變時間達(dá)到一定程度后，巖石進(jìn)入加速蠕變階段，蠕變速率急劇增大，直至巖石發(fā)生破壞。這表明在高應(yīng)力作用下，巖石的時效劣化現(xiàn)象明顯，隨著時間的延長，巖石的力學(xué)性能逐漸降低，變形不斷增大。進(jìn)一步對巖石的損傷演化規(guī)律進(jìn)行分析，基于損傷力學(xué)理論，通過計算巖石的損傷變量來描述其損傷程度。結(jié)果表明，隨著應(yīng)力水平的增加和時間的延長，巖石的損傷變量逐漸增大，即巖石的損傷程度不斷加劇。在高應(yīng)力和長時間的作用下，巖石內(nèi)部的微裂紋不斷擴(kuò)展和貫通，導(dǎo)致巖石的結(jié)構(gòu)逐漸破壞，損傷不斷累積，最終導(dǎo)致巖石的力學(xué)性能大幅下降。三、高應(yīng)力下巷道碎裂圍巖時效劣化規(guī)律的研究方法3.2數(shù)值模擬研究3.2.1模型建立與參數(shù)設(shè)置以某實際深部巷道工程為背景，利用FLAC數(shù)值模擬軟件建立巷道圍巖模型。該巷道埋深1000m，處于高應(yīng)力區(qū)域，圍巖主要為砂巖和泥巖互層結(jié)構(gòu)。模型尺寸設(shè)定為長×寬×高=100m×80m×60m，在模型中，巷道斷面形狀為矩形，寬5m，高4m，位于模型的中心位置。在材料參數(shù)設(shè)置方面，根據(jù)室內(nèi)巖石力學(xué)實驗結(jié)果以及現(xiàn)場地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)，賦予砂巖和泥巖相應(yīng)的力學(xué)參數(shù)。砂巖的彈性模量設(shè)定為20GPa，泊松比為0.25，密度為2500kg/m3，抗壓強(qiáng)度為80MPa；泥巖的彈性模量為10GPa，泊松比為0.3，密度為2300kg/m3，抗壓強(qiáng)度為40MPa。同時，考慮到巷道碎裂圍巖的時效劣化特性，采用能反映巖石蠕變特性的西原模型作為本構(gòu)模型，該模型能夠較好地描述巖石在高應(yīng)力下的變形隨時間的變化規(guī)律。邊界條件設(shè)置為：模型底部固定，限制其在x、y、z三個方向的位移；模型四周施加水平方向的約束，限制x和y方向的位移；模型頂部施加垂直方向的荷載，以模擬上覆巖層的自重應(yīng)力，根據(jù)巷道埋深和巖石密度計算得出，垂直應(yīng)力為25MPa。在模型中，還考慮了地下水的滲流作用，設(shè)置了相應(yīng)的滲流邊界條件，模擬地下水在圍巖中的滲流過程。3.2.2模擬結(jié)果分析通過模擬不同工況下巷道圍巖的應(yīng)力、應(yīng)變和位移分布，深入分析高應(yīng)力下巷道碎裂圍巖的時效劣化規(guī)律和影響因素。在應(yīng)力分布方面，模擬結(jié)果顯示，巷道開挖后，圍巖中出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象。在巷道周邊一定范圍內(nèi)，應(yīng)力顯著增大，尤其是在巷道的拐角處，應(yīng)力集中系數(shù)高達(dá)2.5以上。隨著時間的推移，由于圍巖的時效劣化，應(yīng)力集中區(qū)域逐漸擴(kuò)大，且應(yīng)力值也有所增加。在100天的模擬時間內(nèi)，巷道拐角處的最大主應(yīng)力從初始的60MPa增加到了80MPa，這表明圍巖的承載能力在不斷下降，更容易發(fā)生破壞。從應(yīng)變分布來看，巷道圍巖的應(yīng)變主要集中在巷道周邊的碎裂區(qū)域。在開挖初期，圍巖的應(yīng)變較小，隨著時間的增加，應(yīng)變逐漸增大，尤其是在圍巖的塑性區(qū)，應(yīng)變增長更為明顯。在模擬過程中，發(fā)現(xiàn)巷道兩幫的水平應(yīng)變和頂?shù)装宓拇怪睉?yīng)變隨時間的變化趨勢不同。兩幫的水平應(yīng)變在前期增長較快，后期逐漸趨于穩(wěn)定；而頂?shù)装宓拇怪睉?yīng)變則持續(xù)增長，這與巷道的變形特征相符，說明頂?shù)装宓淖冃卧跁r效劣化過程中更為突出。在位移分布方面，巷道圍巖的位移隨時間不斷增大。在模擬的前30天，巷道位移增長相對緩慢，平均位移速率約為0.5mm/d；隨著時間的進(jìn)一步延長，位移速率逐漸加快，在60-100天期間，平均位移速率達(dá)到了1.5mm/d。巷道頂?shù)装宓南鲁亮亢蛢蓭偷囊平慷汲^了設(shè)計允許值，表明巷道的穩(wěn)定性受到了嚴(yán)重威脅。通過對不同位置的位移監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)距離巷道越近，位移越大，且位移的增長速率也越快，這進(jìn)一步說明了巷道周邊圍巖的時效劣化對巷道穩(wěn)定性的影響。通過改變地應(yīng)力大小、地下水水位等參數(shù)，分析不同因素對巷道碎裂圍巖時效劣化的影響。結(jié)果表明，地應(yīng)力增大時，巷道圍巖的應(yīng)力集中程度加劇，應(yīng)變和位移也顯著增大，時效劣化速度明顯加快；地下水水位上升會導(dǎo)致圍巖強(qiáng)度降低，滲流作用加劇，從而加速圍巖的時效劣化進(jìn)程，使巷道的變形和破壞更為嚴(yán)重。3.3現(xiàn)場監(jiān)測研究3.3.1監(jiān)測方案設(shè)計在某深部高應(yīng)力巷道工程現(xiàn)場開展監(jiān)測工作，該巷道埋深850m，地應(yīng)力復(fù)雜，圍巖破碎程度較高。根據(jù)巷道的實際情況和研究目的，在巷道內(nèi)合理布置監(jiān)測點。在巷道的不同位置，包括巷道的頂板、兩幫和底板，每隔20m設(shè)置一個監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面布置多個監(jiān)測點，以全面監(jiān)測巷道圍巖的變形和應(yīng)力變化情況。監(jiān)測內(nèi)容涵蓋多個關(guān)鍵方面。在應(yīng)力監(jiān)測方面，采用高精度的應(yīng)力傳感器，將其安裝在巷道圍巖內(nèi)部，深度為2-3m，以測量圍巖內(nèi)部的應(yīng)力變化。在每個監(jiān)測斷面的頂板、兩幫和底板分別安裝應(yīng)力傳感器，實時監(jiān)測圍巖在不同方向上的應(yīng)力大小和變化趨勢。位移監(jiān)測則使用全站儀和水準(zhǔn)儀，定期對巷道表面的位移進(jìn)行測量。在每個監(jiān)測斷面的頂板和兩幫設(shè)置觀測點，通過全站儀測量水平位移，水準(zhǔn)儀測量垂直位移，記錄巷道頂?shù)装宓南鲁亮亢蛢蓭偷囊平侩S時間的變化情況。為了監(jiān)測巷道圍巖的裂縫發(fā)育情況，采用地質(zhì)雷達(dá)和裂縫觀測儀。利用地質(zhì)雷達(dá)對巷道圍巖進(jìn)行定期探測，分析圍巖內(nèi)部的裂隙分布和擴(kuò)展情況；通過裂縫觀測儀，對巷道表面的裂縫進(jìn)行詳細(xì)觀測，記錄裂縫的長度、寬度和走向等參數(shù)。3.3.2監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與分析在獲取現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)后，運用專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析。首先對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和清洗，去除異常數(shù)據(jù)和錯誤數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。然后，對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，計算各項監(jiān)測指標(biāo)的平均值、最大值、最小值等統(tǒng)計參數(shù)，以了解監(jiān)測數(shù)據(jù)的整體特征。將監(jiān)測數(shù)據(jù)與理論分析和數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比。在應(yīng)力方面，監(jiān)測結(jié)果顯示巷道周邊圍巖的應(yīng)力集中區(qū)域與理論分析和數(shù)值模擬結(jié)果基本一致，在巷道的拐角處和頂板中部，應(yīng)力集中明顯，且隨著時間的推移，應(yīng)力有逐漸增大的趨勢，這與理論分析中圍巖時效劣化導(dǎo)致承載能力下降，應(yīng)力重新分布的結(jié)論相符；在數(shù)值模擬中，也能觀察到類似的應(yīng)力變化趨勢。在位移方面，巷道頂?shù)装搴蛢蓭偷奈灰票O(jiān)測數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果的變化趨勢一致，在巷道開挖初期，位移增長較快，隨后逐漸趨于穩(wěn)定，但仍保持一定的增長速率，這驗證了數(shù)值模擬對巷道變形預(yù)測的準(zhǔn)確性。通過對比裂縫監(jiān)測數(shù)據(jù)與理論分析中關(guān)于圍巖損傷演化導(dǎo)致裂縫擴(kuò)展的結(jié)論，發(fā)現(xiàn)裂縫的發(fā)育情況與理論分析相吻合，隨著時間的增加，裂縫的長度和寬度逐漸增大，圍巖的損傷程度不斷加劇。通過對比分析，驗證了本研究中理論分析和數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性，同時也發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)場實際情況與理論模型之間的一些差異。針對這些差異，進(jìn)一步分析原因，如現(xiàn)場地質(zhì)條件的復(fù)雜性、施工工藝的影響等，為后續(xù)的研究和工程應(yīng)用提供了參考依據(jù)。四、高應(yīng)力下巷道碎裂圍巖時效劣化規(guī)律的實例分析4.1工程背景介紹以某深部煤礦巷道工程為研究實例，該煤礦位于華北地區(qū)，開采深度達(dá)到1200m，屬于典型的深部開采礦井。由于開采深度較大，巷道所處位置的地應(yīng)力水平較高，地質(zhì)條件復(fù)雜，給巷道的穩(wěn)定性維護(hù)帶來了極大的挑戰(zhàn)。該煤礦的工程地質(zhì)條件較為復(fù)雜。地層巖性主要為砂巖、泥巖和煤層相互交替分布。其中，砂巖硬度較高，但在高應(yīng)力作用下，其內(nèi)部也容易產(chǎn)生微裂紋；泥巖則具有較強(qiáng)的塑性和膨脹性，遇水后力學(xué)性能會顯著降低。巷道圍巖中的節(jié)理、裂隙發(fā)育較為廣泛，這些結(jié)構(gòu)面的存在極大地削弱了巖體的整體性和強(qiáng)度，使得圍巖在高應(yīng)力作用下更容易發(fā)生碎裂和變形。在巷道布置方面，該巷道為主要的運輸巷道，設(shè)計長度為2000m，斷面形狀為矩形，寬5m，高4m。巷道沿煤層掘進(jìn)，由于煤層的賦存狀態(tài)存在一定的起伏，導(dǎo)致巷道在掘進(jìn)過程中部分地段會穿越不同的巖層。這種復(fù)雜的地質(zhì)條件和巷道布置方式，使得巷道在施工和使用過程中，圍巖受到的應(yīng)力分布不均勻，增加了巷道失穩(wěn)的風(fēng)險。在支護(hù)情況上，巷道初期采用了傳統(tǒng)的錨桿-錨索聯(lián)合支護(hù)方式。錨桿選用直徑為22mm的高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，長度為2.5m，間排距為800mm×800mm；錨索采用直徑為15.24mm的鋼絞線，長度為6m，間排距為1600mm×1600mm。在巷道表面鋪設(shè)金屬網(wǎng)，并噴射混凝土進(jìn)行封閉。然而，在巷道掘進(jìn)后的一段時間內(nèi)，發(fā)現(xiàn)圍巖變形持續(xù)增大，部分地段出現(xiàn)了錨桿、錨索斷裂，巷道表面混凝土開裂剝落等現(xiàn)象，表明原有的支護(hù)方案未能有效控制高應(yīng)力下巷道碎裂圍巖的時效劣化，需要對其進(jìn)行深入研究和優(yōu)化。4.2圍巖時效劣化特征分析在該深部煤礦巷道工程中，通過長期的現(xiàn)場監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，深入揭示了巷道圍巖的時效劣化特征。在位移變化方面，巷道頂?shù)装搴蛢蓭偷奈灰齐S時間呈現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律。在巷道開挖后的初期階段，由于圍巖應(yīng)力的突然釋放，位移增長速率較快。在開挖后的前10天內(nèi)，頂?shù)装宓南鲁亮科骄刻爝_(dá)到10mm，兩幫的移近量平均每天為8mm。隨著時間的推移，位移增長速率逐漸減緩，但仍保持一定的增長趨勢。在10-30天期間，頂?shù)装逑鲁亮科骄刻鞛?mm，兩幫移近量平均每天為4mm。這是因為隨著時間的增加，圍巖內(nèi)部的微裂紋逐漸擴(kuò)展，巖體的承載能力逐漸降低，導(dǎo)致位移持續(xù)增加。在應(yīng)力變化方面，巷道圍巖的應(yīng)力分布也隨時間發(fā)生明顯變化。在巷道開挖初期，圍巖周邊出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，尤其是在巷道的拐角處，應(yīng)力集中系數(shù)高達(dá)2.0以上。隨著時間的推移，由于圍巖的時效劣化，應(yīng)力集中區(qū)域逐漸擴(kuò)大，且應(yīng)力值也有所增加。在巷道開挖后的60天，巷道拐角處的最大主應(yīng)力從初始的50MPa增加到了70MPa，這表明圍巖的承載能力在不斷下降，更容易發(fā)生破壞。在巷道頂板和兩幫的不同位置，應(yīng)力變化也存在差異。頂板中部的應(yīng)力在初期相對較小，但隨著時間的增加，由于頂板的下沉變形，應(yīng)力逐漸增大；而兩幫的應(yīng)力在初期較大，隨著時間的推移，由于兩幫的移近變形，應(yīng)力有所減小，但在靠近巷道底部的位置，應(yīng)力仍然較大。巷道圍巖的裂隙發(fā)育也呈現(xiàn)出明顯的時效特征。在巷道開挖初期，圍巖表面出現(xiàn)少量的細(xì)微裂隙，主要分布在巷道的拐角和頂?shù)装宓谋∪醪课?。隨著時間的延長，這些裂隙逐漸擴(kuò)展、貫通，形成更大的裂縫。在開挖后的30天，巷道表面的裂隙長度和寬度明顯增加，部分裂隙的寬度達(dá)到了5mm以上。同時，在圍巖內(nèi)部也發(fā)現(xiàn)了新的裂隙，這些裂隙的存在進(jìn)一步削弱了圍巖的整體性和強(qiáng)度。通過地質(zhì)雷達(dá)探測發(fā)現(xiàn)，在巷道開挖后的60天，圍巖內(nèi)部的裂隙深度已經(jīng)達(dá)到了2-3m，嚴(yán)重影響了巷道的穩(wěn)定性。綜合位移、應(yīng)力和裂隙發(fā)育的變化情況可以看出，該巷道圍巖的時效劣化是一個漸進(jìn)的過程，隨著時間的推移，圍巖的變形和破壞程度不斷加劇。在巷道支護(hù)設(shè)計和維護(hù)中，必須充分考慮這種時效劣化特征，采取有效的措施來控制圍巖的變形和破壞，確保巷道的安全穩(wěn)定。4.3時效劣化規(guī)律的驗證與應(yīng)用為了驗證研究得出的時效劣化規(guī)律在該工程中的適用性，將理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測所得到的圍巖時效劣化規(guī)律進(jìn)行對比分析。通過對比發(fā)現(xiàn)，理論分析中關(guān)于圍巖應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、蠕變特性以及損傷演化規(guī)律的研究結(jié)果，與數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測所呈現(xiàn)的巷道圍巖變形、應(yīng)力變化和裂隙發(fā)育等特征基本相符。在圍巖變形方面，理論分析中預(yù)測的位移隨時間的變化趨勢，與現(xiàn)場監(jiān)測得到的巷道頂?shù)装逑鲁亮亢蛢蓭鸵平康淖兓厔菀恢?；?shù)值模擬中計算得到的應(yīng)力集中區(qū)域和應(yīng)力變化情況，也與理論分析和現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果相吻合。這充分驗證了本研究中關(guān)于高應(yīng)力下巷道碎裂圍巖時效劣化規(guī)律的準(zhǔn)確性和可靠性?；跁r效劣化規(guī)律的研究成果，對巷道支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化。在支護(hù)方式上，采用了高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)力錨桿-錨索聯(lián)合支護(hù)體系，并增加了錨索的長度和密度，以提高對圍巖的錨固力和約束作用。在錨桿選擇上，選用高強(qiáng)度、高延伸率的錨桿，其屈服強(qiáng)度達(dá)到500MPa以上，延伸率不小于15%，能夠更好地適應(yīng)圍巖的變形。錨索則采用直徑為17.8mm的鋼絞線，長度增加至8m，間排距減小為1200mm×1200mm，確保對深部圍巖的有效錨固。在巷道表面鋪設(shè)雙層金屬網(wǎng)，并噴射高強(qiáng)度混凝土，厚度增加至200mm，以增強(qiáng)巷道表面的抗風(fēng)化和抗變形能力。在支護(hù)參數(shù)優(yōu)化方面，根據(jù)圍巖的時效劣化特征，調(diào)整了錨桿和錨索的預(yù)緊力。將錨桿的預(yù)緊力提高到100kN以上，錨索的預(yù)緊力提高到300kN以上，使支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠及時有效地對圍巖施加約束，抑制圍巖的變形和微裂紋的擴(kuò)展。同時，在巷道的關(guān)鍵部位，如拐角處和頂板中部，增設(shè)了加強(qiáng)支護(hù)措施，采用了U型鋼支架與錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)的方式，進(jìn)一步增強(qiáng)了這些部位的支護(hù)強(qiáng)度。優(yōu)化后的支護(hù)方案在該巷道工程中得到了應(yīng)用。通過后續(xù)的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的支護(hù)方案對巷道圍巖的變形控制效果顯著。在相同的時間內(nèi)，巷道頂?shù)装宓南鲁亮亢蛢蓭偷囊平棵黠@減小，分別降低了40%和35%左右。巷道表面的裂縫擴(kuò)展得到了有效抑制，圍巖的穩(wěn)定性得到了顯著提高，保障了巷道的安全使用，為礦井的安全生產(chǎn)提供了有力保障。同時，通過對支護(hù)成本和維護(hù)成本的綜合評估，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的支護(hù)方案雖然初期投資有所增加，但由于減少了巷道的返修次數(shù)和維護(hù)工作量，從長期來看，降低了巷道的總體成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。五、基于時效劣化規(guī)律的巷道支護(hù)與維護(hù)技術(shù)5.1支護(hù)技術(shù)原理與方法5.1.1傳統(tǒng)支護(hù)技術(shù)的局限性在高應(yīng)力碎裂圍巖巷道中，傳統(tǒng)的錨桿支護(hù)技術(shù)存在一定的局限性。錨桿支護(hù)主要是通過錨桿將巷道圍巖中的不穩(wěn)定巖體與深部穩(wěn)定巖體連接起來，依靠錨桿的錨固力來提供支護(hù)作用。然而，在高應(yīng)力環(huán)境下，圍巖的變形和破壞程度較大，錨桿所承受的荷載也相應(yīng)增大。當(dāng)荷載超過錨桿的承載能力時，錨桿容易發(fā)生斷裂或失效，無法有效地約束圍巖的變形。在一些深部煤礦巷道中，由于地應(yīng)力過高，錨桿在安裝后不久就出現(xiàn)了斷裂現(xiàn)象，導(dǎo)致圍巖失去支護(hù)，變形迅速增大。錨桿的錨固長度和錨固力在設(shè)計時往往是基于一定的經(jīng)驗和假設(shè)，難以準(zhǔn)確適應(yīng)復(fù)雜多變的高應(yīng)力碎裂圍巖條件。在實際工程中，由于圍巖的非均質(zhì)性和裂隙發(fā)育情況不同，錨桿的錨固效果存在較大差異，部分區(qū)域的錨桿可能無法充分發(fā)揮其支護(hù)作用。錨索支護(hù)在高應(yīng)力碎裂圍巖巷道中也面臨挑戰(zhàn)。錨索通常用于對深部圍巖進(jìn)行錨固，以提供更大的支護(hù)力。在高應(yīng)力作用下，錨索的預(yù)緊力會逐漸損失。這是因為圍巖的持續(xù)變形和松弛會導(dǎo)致錨索與圍巖之間的摩擦力減小，從而使預(yù)緊力降低。錨索的預(yù)緊力損失后，其對圍巖的約束作用減弱，無法有效控制圍巖的變形。在某深部巷道中，錨索安裝初期預(yù)緊力達(dá)到設(shè)計要求，但隨著時間的推移，預(yù)緊力逐漸下降，巷道圍巖的變形也隨之增大。錨索的錨固端在高應(yīng)力和碎裂圍巖的作用下，容易出現(xiàn)松動或破壞現(xiàn)象。當(dāng)錨固端失效時，錨索就無法將深部圍巖的荷載傳遞到穩(wěn)定巖體上，從而失去支護(hù)作用。此外，錨索的布置密度和長度如果不合理，也難以滿足高應(yīng)力碎裂圍巖巷道的支護(hù)需求。噴漿支護(hù)在高應(yīng)力碎裂圍巖巷道中的效果也不盡如人意。噴漿支護(hù)主要是通過在巷道表面噴射混凝土，形成一層支護(hù)結(jié)構(gòu)，以保護(hù)圍巖表面，防止其風(fēng)化和剝落，并提供一定的支護(hù)阻力。在高應(yīng)力碎裂圍巖條件下，噴漿層容易出現(xiàn)開裂和脫落現(xiàn)象。由于圍巖的變形較大，噴漿層受到的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力也較大，當(dāng)這些應(yīng)力超過噴漿層的抗拉和抗剪強(qiáng)度時，噴漿層就會開裂。在一些巷道中，噴漿層在短時間內(nèi)就出現(xiàn)了大量的裂縫，甚至部分脫落，無法起到有效的支護(hù)作用。噴漿支護(hù)對于深部圍巖的加固作用有限，它主要是對巷道表面進(jìn)行保護(hù)，難以改變深部圍巖的力學(xué)狀態(tài)和變形趨勢。5.1.2新型支護(hù)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用聯(lián)合支護(hù)技術(shù)是針對高應(yīng)力巷道提出的一種新型支護(hù)方式，它將多種支護(hù)形式有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，以提高支護(hù)效果。在某深部高應(yīng)力巷道中，采用了錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護(hù)技術(shù)。首先，通過錨桿和錨索對圍巖進(jìn)行錨固，將不穩(wěn)定的圍巖與深部穩(wěn)定巖體連接起來，提供強(qiáng)大的錨固力；然后，在巷道表面鋪設(shè)金屬網(wǎng)，增強(qiáng)巷道表面的整體性；最后，噴射混凝土，封閉圍巖表面，防止風(fēng)化和剝落，并與錨桿、錨索和金屬網(wǎng)形成一個整體，共同承受圍巖的壓力。通過這種聯(lián)合支護(hù)方式，有效地控制了巷道圍巖的變形，提高了巷道的穩(wěn)定性。聯(lián)合支護(hù)技術(shù)還可以根據(jù)巷道的具體地質(zhì)條件和圍巖變形情況，靈活調(diào)整支護(hù)參數(shù)和支護(hù)形式，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。讓壓支護(hù)技術(shù)是一種能夠適應(yīng)圍巖大變形的新型支護(hù)技術(shù)。它通過在支護(hù)結(jié)構(gòu)中設(shè)置讓壓元件，當(dāng)圍巖變形達(dá)到一定程度時，讓壓元件開始工作，允許支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的變形，從而釋放圍巖的部分能量，同時又能保持一定的支護(hù)阻力，控制圍巖的變形。在某高應(yīng)力巷道中，采用了讓壓錨桿支護(hù)技術(shù)。讓壓錨桿在桿體上設(shè)置了特殊的讓壓裝置，當(dāng)圍巖壓力增大時，讓壓裝置開始滑動，使錨桿能夠隨著圍巖的變形而伸長，釋放部分能量。這種讓壓錨桿能夠在圍巖大變形的情況下，依然保持較高的錨固力，有效地控制了巷道圍巖的變形，避免了因支護(hù)結(jié)構(gòu)剛性過大而導(dǎo)致的破壞。主動支護(hù)技術(shù)強(qiáng)調(diào)在巷道開挖前或開挖過程中，對圍巖進(jìn)行主動加固，提高圍巖的自身承載能力，從而減少巷道開挖后圍巖的變形和破壞。在某深部巷道工程中，采用了超前注漿加固技術(shù)。在巷道開挖前，通過向圍巖中注入漿液，使?jié){液在圍巖的裂隙和孔隙中擴(kuò)散、凝固，填充圍巖的空隙，增強(qiáng)圍巖的整體性和強(qiáng)度。這樣在巷道開挖后，圍巖能夠更好地保持穩(wěn)定，減少了支護(hù)的難度和工作量。主動支護(hù)技術(shù)還可以采用預(yù)應(yīng)力錨索、超前錨桿等方式，在巷道開挖前對圍巖施加預(yù)應(yīng)力，改善圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，提高其承載能力。五、基于時效劣化規(guī)律的巷道支護(hù)與維護(hù)技術(shù)5.2支護(hù)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計5.2.1基于時效劣化規(guī)律的參數(shù)優(yōu)化方法在高應(yīng)力巷道中，巷道圍巖的時效劣化是一個復(fù)雜的過程，受到多種因素的影響。為了有效控制巷道圍巖的變形和破壞，需要根據(jù)時效劣化規(guī)律，運用數(shù)值模擬和理論分析相結(jié)合的方法，對支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。數(shù)值模擬是一種重要的研究手段，它可以直觀地展示巷道圍巖在不同支護(hù)參數(shù)下的應(yīng)力、應(yīng)變和位移分布情況。利用專業(yè)的數(shù)值模擬軟件，如FLAC、ANSYS等，建立高應(yīng)力下巷道碎裂圍巖的數(shù)值模型。在模型中，充分考慮巖石的力學(xué)性質(zhì)、地應(yīng)力分布、地下水滲流等因素，以及這些因素隨時間的變化對圍巖時效劣化的影響。通過改變支護(hù)參數(shù)，如錨桿長度、間距，錨索預(yù)緊力等，模擬不同支護(hù)方案下巷道圍巖的時效劣化過程，對比分析模擬結(jié)果，確定最優(yōu)的支護(hù)參數(shù)組合。在模擬錨桿長度對圍巖穩(wěn)定性的影響時，分別設(shè)置錨桿長度為2m、2.5m、3m，通過模擬計算得到不同長度錨桿支護(hù)下巷道圍巖的位移和應(yīng)力分布情況，從而確定最適合該巷道的錨桿長度。理論分析方法則是從力學(xué)原理出發(fā)，建立數(shù)學(xué)模型來描述巷道圍巖的時效劣化過程和支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為?；趲r石力學(xué)、損傷力學(xué)和流變學(xué)等理論，推導(dǎo)巷道圍巖在高應(yīng)力和時間作用下的應(yīng)力、應(yīng)變計算公式，以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力和變形方程。通過理論計算，分析支護(hù)參數(shù)與巷道圍巖穩(wěn)定性之間的關(guān)系，為支護(hù)參數(shù)的優(yōu)化提供理論依據(jù)。運用損傷力學(xué)理論，建立巖石損傷變量與微裂紋擴(kuò)展的關(guān)系模型，結(jié)合流變學(xué)理論，考慮巖石的蠕變特性，建立巷道圍巖的時效劣化力學(xué)模型，通過求解該模型，得到不同支護(hù)參數(shù)下巷道圍巖的損傷演化規(guī)律和變形情況，從而指導(dǎo)支護(hù)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計。在實際應(yīng)用中，將數(shù)值模擬和理論分析結(jié)果相互驗證和補(bǔ)充。通過數(shù)值模擬可以直觀地看到支護(hù)參數(shù)變化對巷道圍巖穩(wěn)定性的影響趨勢，而理論分析則可以從本質(zhì)上解釋這些現(xiàn)象，為數(shù)值模擬提供理論支持。同時，結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，對數(shù)值模擬和理論分析結(jié)果進(jìn)行修正和完善，使支護(hù)參數(shù)的優(yōu)化更加符合實際工程情況。5.2.2工程實例分析以某深部煤礦巷道工程為例，該巷道埋深1000m，地應(yīng)力高，圍巖破碎嚴(yán)重。原有的支護(hù)方案采用傳統(tǒng)的錨桿-錨索聯(lián)合支護(hù)，錨桿長度為2.2m，間距1m，錨索長度為5m，間距1.5m。在巷道投入使用后，發(fā)現(xiàn)圍巖變形持續(xù)增大，巷道頂?shù)装逑鲁亮亢蛢蓭鸵平砍^了允許范圍，部分錨桿和錨索出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，表明原支護(hù)方案未能有效控制圍巖的時效劣化。針對這一問題，根據(jù)巷道圍巖的時效劣化規(guī)律，采用數(shù)值模擬和理論分析相結(jié)合的方法對支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。通過數(shù)值模擬，對比了不同錨桿長度、間距和錨索預(yù)緊力等參數(shù)下巷道圍巖的變形和應(yīng)力分布情況。結(jié)果顯示，當(dāng)錨桿長度增加到2.5m，間距減小到0.8m，錨索長度增加到6m，間距減小到1.2m，且錨索預(yù)緊力提高到300kN時，巷道圍巖的變形明顯減小。從理論分析角度，運用損傷力學(xué)和流變學(xué)理論，建立了巷道圍巖的時效劣化力學(xué)模型。通過計算不同支護(hù)參數(shù)下圍巖的損傷變量和變形量，驗證了數(shù)值模擬結(jié)果的正確性。綜合數(shù)值模擬和理論分析結(jié)果，確定了優(yōu)化后的支護(hù)參數(shù)。優(yōu)化后的支護(hù)方案在該巷道工程中得到應(yīng)用。經(jīng)過一段時間的現(xiàn)場監(jiān)測，結(jié)果表明，巷道圍巖的變形得到了有效控制。與原支護(hù)方案相比，巷道頂?shù)装宓南鲁亮繙p少了40%，兩幫的移近量減少了35%。錨桿和錨索的受力狀態(tài)明顯改善，未再出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。巷道表面的裂縫擴(kuò)展得到抑制，圍巖的穩(wěn)定性顯著提高，保障了巷道的安全使用，為礦井的安全生產(chǎn)提供了有力保障。通過對支護(hù)成本和維護(hù)成本的綜合評估，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的支護(hù)方案雖然初期投資有所增加，但由于減少了巷道的返修次數(shù)和維護(hù)工作量，從長期來看，降低了巷道的總體成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。5.3巷道維護(hù)策略與措施5.3.1定期監(jiān)測與評估制定科學(xué)合理的巷道定期監(jiān)測和評估方案是及時發(fā)現(xiàn)和處理圍巖時效劣化問題的關(guān)鍵。監(jiān)測頻率應(yīng)根據(jù)巷道的地質(zhì)條件、開采進(jìn)度以及圍巖的穩(wěn)定性狀況進(jìn)行靈活調(diào)整。在巷道開挖初期，由于圍巖應(yīng)力調(diào)整和變形較為劇烈，應(yīng)適當(dāng)增加監(jiān)測頻率，可每隔1-3天進(jìn)行一次全面監(jiān)測；隨著時間的推移，圍巖逐漸趨于穩(wěn)定，監(jiān)測頻率可適當(dāng)降低，如每周或每兩周進(jìn)行一次監(jiān)測。對于地質(zhì)條件復(fù)雜、圍巖破碎嚴(yán)重的區(qū)域，應(yīng)加密監(jiān)測點，提高監(jiān)測頻率，以便及時捕捉圍巖的細(xì)微變化。監(jiān)測內(nèi)容涵蓋多個關(guān)鍵方面。位移監(jiān)測是重要的監(jiān)測內(nèi)容之一，通過在巷道頂板、兩幫和底板布置位移監(jiān)測點，使用全站儀、水準(zhǔn)儀等測量儀器，定期測量巷道頂?shù)装宓南鲁亮俊蓭偷囊平恳约跋锏辣砻娴氖諗孔冃吻闆r。這些數(shù)據(jù)能夠直觀反映巷道圍巖的變形程度和趨勢，為評估巷道的穩(wěn)定性提供重要依據(jù)。應(yīng)力監(jiān)測也是必不可少的，在巷道圍巖內(nèi)部安裝應(yīng)力傳感器，實時監(jiān)測圍巖內(nèi)部的應(yīng)力大小和分布變化。了解圍巖應(yīng)力的變化情況，有助于判斷圍巖的受力狀態(tài)和穩(wěn)定性，及時發(fā)現(xiàn)應(yīng)力集中區(qū)域，為采取相應(yīng)的維護(hù)措施提供參考。在評估方法上，采用多種方法相結(jié)合的方式，以確保評估結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。數(shù)值模擬方法是一種重要的評估手段，利用專業(yè)的數(shù)值模擬軟件，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對巷道圍巖的應(yīng)力、應(yīng)變和位移進(jìn)行數(shù)值模擬分析，預(yù)測巷道在未來一段時間內(nèi)的變形和破壞趨勢。通過對比模擬結(jié)果與實際監(jiān)測數(shù)據(jù)，能夠及時發(fā)現(xiàn)模擬中的偏差，對模型進(jìn)行修正和完善，提高預(yù)測的準(zhǔn)確性。經(jīng)驗判斷方法也具有重要的參考價值，結(jié)合現(xiàn)場工程經(jīng)驗和已有的巷道維護(hù)案例，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷。有經(jīng)驗的工程師可以根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化趨勢，以及巷道圍巖的實際表現(xiàn)，如是否出現(xiàn)裂縫、剝落等現(xiàn)象，對巷道的穩(wěn)定性進(jìn)行初步評估。專家評估方法則是邀請相關(guān)領(lǐng)域的專家，對監(jiān)測數(shù)據(jù)和巷道的實際情況進(jìn)行綜合分析和評估。專家們憑借其豐富的專業(yè)知識和實踐經(jīng)驗，能夠從不同角度對巷道的穩(wěn)定性進(jìn)行深入分析，提出科學(xué)合理的建議和措施。通過定期監(jiān)測與評估，能夠及時發(fā)現(xiàn)巷道圍巖的時效劣化問題，為采取有效的維護(hù)措施提供準(zhǔn)確依據(jù)，保障巷道的安全穩(wěn)定運行。5.3.2維護(hù)措施的制定與實施根據(jù)監(jiān)測結(jié)果制定并實施針對性的維護(hù)措施是保障巷道穩(wěn)定的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。當(dāng)監(jiān)測到巷道圍巖變形超過預(yù)警值時，應(yīng)及時采取加固措施。在加固方式上，可采用錨桿錨索加密的方法。在原有錨桿錨索支護(hù)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)減小錨桿錨索的間距，增加錨桿錨索的數(shù)量，以提高對圍巖的錨固力和約束作用。在巷道變形較大的區(qū)域，將錨桿間距從原來的1m減小到0.8m，錨索間距從1.5m減小到1.2m，有效增強(qiáng)了對圍巖的支護(hù)效果。巷道表面修復(fù)也是重要的維護(hù)措施之一。對于出現(xiàn)裂縫、剝落等情況的巷道表面，應(yīng)及時進(jìn)行修復(fù)?？刹捎脟娚浠炷恋姆绞?，對巷道表面進(jìn)行封閉和加固。首先，對巷道表面的松動巖石和雜物進(jìn)行清理，然后噴射高強(qiáng)度混凝土，厚度一般為100-200mm，以增強(qiáng)巷道表面的抗風(fēng)化和抗變形能力。在噴射混凝土?xí)r，可添加鋼纖維等增強(qiáng)材料，進(jìn)一步提高混凝土的強(qiáng)度和韌性。根據(jù)圍巖時效劣化的特點，調(diào)整支護(hù)參數(shù)也是必要的。隨著時間的推移，圍巖的力學(xué)性能逐漸降低，原有的支護(hù)參數(shù)可能無法滿足巷道的穩(wěn)定性要求。此時，應(yīng)適當(dāng)增加支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，如提高錨桿錨索的預(yù)緊力，更換強(qiáng)度更高的支護(hù)材料等。將錨桿的預(yù)緊力從原來的80kN提高到120kN，錨索的預(yù)緊力從150kN提高到200kN，使支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠更好地適應(yīng)圍巖的變形，有效控制巷道的變形和破壞。在維護(hù)措施的實施過程中，要嚴(yán)格按照相關(guān)的施工規(guī)范和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，確保維護(hù)效果。同時，要加強(qiáng)對維護(hù)工作的監(jiān)督和管理，及時發(fā)現(xiàn)和解決施工中出現(xiàn)的問題，保障巷道的安全穩(wěn)定。六、結(jié)論與展望6.1研究成果總結(jié)通過對高應(yīng)力下巷道碎裂圍巖時效劣化規(guī)律的深入研究，取得了一系列具有重要理論和實踐價值的成果。在時效劣化規(guī)律及力學(xué)機(jī)制方面，明確了高應(yīng)力下巷道碎裂圍巖的時效變形特性，包括蠕變、松弛等。在蠕變特性研究中，發(fā)現(xiàn)巖石的蠕變過程呈現(xiàn)出明顯的階段性，初始蠕變階段變形速率較快，隨后逐漸進(jìn)入穩(wěn)態(tài)蠕變階段，變形速率相對穩(wěn)定，最終在加速蠕變階段變形急劇增大直至破壞。通過對巖石力學(xué)性能變化規(guī)律的分析，揭示了隨著時效劣化的進(jìn)行，巖石的強(qiáng)度、彈性模量等參數(shù)逐漸降低的內(nèi)在機(jī)制。基于損傷力學(xué)和流變學(xué)理論，建立了考慮時間因素的巷道碎裂圍巖時效劣化力學(xué)模型，該模型能夠較為準(zhǔn)確地描述圍巖內(nèi)部微裂紋的擴(kuò)展、損傷演化與時間的關(guān)系，為深入理解時效劣化的力學(xué)機(jī)制提供了有力的理論支持。在影響因素分析方面，系統(tǒng)地剖析了地質(zhì)因素和工程因素對巷道碎裂圍巖時效劣化的影響。地質(zhì)因素中，地應(yīng)力大小、方向和分布特征對時效劣化有著顯著影響。在某深部巷道工程中，地應(yīng)力的增大導(dǎo)致圍巖的變形和破壞加劇，時效劣化速度明顯加快；地應(yīng)力方向的改變會使巷道不同部位的變形和破壞模式發(fā)生變化。巖石性質(zhì)如強(qiáng)度、彈性模量、泊松比以及礦物成分和結(jié)構(gòu)特征等，對時效劣化起著決定性作用。含有黏土礦物較多的泥巖，其時效劣化速度明顯快于其他巖石。地質(zhì)構(gòu)造如斷層、褶皺、節(jié)理和裂隙等，以及地下水的作用，都會改變圍巖的應(yīng)力狀態(tài)和力學(xué)性質(zhì)，加速時效劣化進(jìn)程。在工程因素方面，巷道形狀、尺寸、支護(hù)方式和施工工藝等對時效劣化也有著重要影響。圓形巷道在高