式中：岛和胸为渗透系数初值和渗透系数；亡玎》１）
为渗透率突跳系数，表征在相同应力状态下单元损 伤前后渗透系数增大的倍率。可通过应力．应变．渗 透率试验求得；夕为耦合参数，表征应力．应变对渗 透系数的影响程度，它和口由试验确定。 ＲＦＰＡ２Ｖ－Ｆｌｏｗ系统的分析过程包括渗流分析。 应力分析、破坏分析和耦合分析。渗流分析与应力
Ａ
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｅｅｐａｇｅ ｏｎ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｒｏａｄｗａｙ ｉｎ ｄｅｅｐ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ ｗｉｔｈ ｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔ ｊｏｉｎｔｓ
ｚｕｏ
（１．Ｍｉｎｉｎｇ
Ｖｕ－ｊｕｎｌ一，ＬＩ
Ｓｈｕ－ｃａｉ ３，ＺＨＵ
Ｗａｎ－ｃｈｅｎｇ
直观显现【睢１６１，并且至今针对深部断续节理岩体中
渗流对巷道稳定性的影响研究相对较少。 本文基于岩石为非均匀性材料的认识出发，通 过引入细观层次的微元体，采用损伤力学和统计理 论的单元本构模型，利用自主开发的岩石破坏过程 渗流与应力耦合分析软件Ｆ．ＲＦＰＡ２Ｄ，通过对具有断 续软弱结构面深部岩体中巷道的稳定性进行了数值 模拟分析．着重研究深部断续节理岩体中地应力及 渗流对巷道稳定性的影响。
第一作者简介：左宇军，男，１９６５年生。博士．教授．主要从事岩石力学与采矿工程方面的教学与研究工作．Ｅ－ｍｎｉｌ：翻ｏ．）ｒ｜蟮哪＠ｙａｈ∞Ｊ。呲饵
增刊２
左宇军等：深部断续节理岩体中渗流对巷道稳定性影响的数值分矿工程科学研 究领域的热点［３１。其中，人们对渗流场和应力场的 耦合问题比较受关注，因为矿井突水等事故多数情 况下与岩体材料的渗流破坏及地应力的相互作用有 关【ＺＪ。在深部岩体工程中，岩体往往被各种结构面 所切割，地应力场和地下渗流场是地下工程岩体物 理力学环境中的２个重要组成部分ｆ４ｌ。分析表明ｆ¨ｌ， 节理裂隙是岩体中水运动的主要通道，裂隙岩体中 存在的节理裂隙等缺陷严重影响着岩体的渗透特 性１地应力场作用下引起的节理变形影响节理开度 及其渗流性质，从而使围岩的渗透和变形性质也发 生了变化。如煤矿生产中的工作面顶板或底板突水， 就是岩体受到应力重分布影响，改变了岩体渗透 性，使地下水沿新裂隙进入工作面作业空间。所以， 专门研究深部节理岩体中地应力场和渗流场相互耦 合作用对巷道稳定性的影响，对深部开采的工程安 全具有重要的意义。 目前，人们对作为基础性的单裂隙面渗流、力 学及其耦合特性进行了大量理论和试验研究睁１０ｌ。 而针对结构面对巷道等地下工程稳定性的研究，主 要集中在对连续节理中扰动区的研究［１１－１３ｌ，而地下 工程多是在断续的节理岩体中进行巷道开挖与运 营，研究方法多是采用现场监测与相似模拟材料试 验结合以及统计方法１１４１。以上方法虽然不失为对围 岩稳定性进行评价的有效手段，却很难详细地反映 围岩内部各个部位的详细情况，而一般的数值分析 程序对于节理岩体围岩渗流．损伤弱化以及裂纹萌 生、扩展、贯通直至巷道等破坏失稳的过程却难以
蚝慨，）＝ｇ＇９０ ｅ－盹７№’
（６）
２数值模拟系统简介
ＲＦＰＡ２ｎ－Ｆｌｏｗ是基于连续介质力学和统计损伤 力学原理开发的岩石破裂过程分析系统Ｄ７－２０］。该软 件能模拟在应力和流体压力耦合作用下岩石介质逐 渐破坏的过程。该系统基于以下基本假设：①岩石 材料介质中的流体遵循Ｂｉｏｔ固结理论；②岩石介质 为带有残余强度的弹脆性材料，其加载和卸载过程
第３２卷增刊２ ２０１１年８月
岩
土
力
学
砌．３２
Ｓｕｐｐ．２
Ｒｏｃｋ ａｎｄ Ｓｏｉｌ
Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ
Ａｕｇ．２０１１
文章■号ｌ
１０００－－７５９８（２０ｔ１）越１刊２—０５黼一∞
深部断续节理岩体中渗流对
巷道稳定性影响的数值分析
左字军１，２李术才３，朱万成幸，张义平ｊ，２
（１．贵州大学矿业学院，贵阳５５０００３：ｚ贵州大学贲州省非金属矿产资源综合利用重点实验室，贵阳５５０００３： ３．山东大学岩土与结构工程研究中心．济南２５００６１；４．东北大学岩石破裂与失稳研究中心。沈阳１１０００６）
（裂隙）中的孔隙水压作用效果；疋为渗透系数； Ｇ、１分别为剪切模量和拉梅系数；吒为总应力：《 为有效应力；岛为总应变；从Ｒ（Ｑ，口）均为Ｂｉｏｔ常
数，其物理意义为：Ｉ／Ｒ度量了由于水压力变化引 起的水容量变化，１／Ｈ度量了由于水压力变化引起 的介质整体体积的变化。口是水充分排出时，排出 的水量与介质体积应变之比，而ｔ／Ｑ是多孔介质体 积不变的情况下，在水压力作用下挤进多孔介质中 水量。 式（１）～（４）是基于Ｂｉｏｔ经典渗流理论的表 达式，该理论中没有考虑应力引起渗透性的变化， 不能满足动量守恒，需要补充下面渗流与应力的耦 合方程：
ａｎｄ鳓加ｃｌ眦Ｉ Ｅｎｇｔｎｅｅｒｔ咯Ｓｈａ．，ｋ嘲Ｕｎｉｖｅ秭ａｔｙ，Ｊｉｍｎ ２５００６１，
１
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Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ
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ｆｏｒ Ｒｏｃｋ ｈａｔｅｂｉｌｉｔｙ
ａｎｄ＆妇ｎ蛐；Ｎｏｒｔｈｅｅｓｔｅｍ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＳＵｍｙａｕｇ
搪要：应用自主开发的岩石破坏过程渗流与应力耦合分析软件Ｆ．ＲＦＰＡ２Ｄ，通过对高应力节理岩体中巷道的失稳破坏过程 所进行的数值模拟分析，研究了深部断续节理岩体中地应力及渗流对巷道稳定性的影响。模拟结果不但直观形象地给出了巷 道的渗流场、应力场、破坏区分布，而且得到了巷道周边关键部位的位移变化情况，并与无地下水的稳定性进行了比较。结 果表明，岩体中断续节理与地应力及渗流相互作用，对巷道失稳的演化起了重要作用，如巷道与节理的相对方位决定了巷道 坍塌的方向；岩桥对巷道的稳定起了重要的作用；虽然渗流应力加速了巷道的失稳破坏，但没有改变高地应力对巷道的主要 破坏模式。该研究对于进一步理解深部岩体中节理、地应力及渗流对巷道稳定性的影响进而采取有效的加固措施具有重要的 理论和实践意义． 关健词：深部岩体；断续节理：渗流；巷道稳定性；数值试验 中圈分类号：Ｏ ３４６文献标识码Ｉ
Ｓｃｈｏｏｌ，Ｇｕｉｚｈｅｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ
５５０００３。Ｃｈｉｎ《２．Ｇｌ血ｈｍ Ｋｅｙ Ｌ．ｂｏｒｍｍｙ
Ｇｕｉｙａｎｇ．Ｇｕ／ｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｍ姆，Ｃｍｉｚｔ．ｍ ５５０００３，Ｃｈｉｎａ；３．Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆＧｅｏｔｅｃｈｎｉｅｎｉ Ｃｈｉｎａ；４．Ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｏｎ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆｄｅｅｐ
ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｓ
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ｄｅｅｐ ｒｏａｄｗａｙ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｅｅｐ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ；ｉｍｅｒｍｉｔｌｅｎｔｊｏｉｎｔ；ｓｅｅｐａｇｅ；ｒｏａｄｗａｙ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａ币盯ｉｍｅｎｔ
ｌ
引
言
注的问题。深部开采要解决的首要任务是如何在更 复杂的采矿条件下确保生产安全［２１。正因为如此， 在深部的高应力、高温及高水压等开采条件下，保
深部开采已成为我国乃至世界矿业界特别关
收稿日期：２０１１－０３．３１ 基金项目：９７３计划（Ｎｏ．２００７ＣＢ２０９４０７）；国家自然科学基金（Ｎｏ．５０８７４０２０，Ｎｏ．５０９３４００６，Ｎｏ．５０８７４０２４）；贵州省自然科学研究重点项目（黔 教科２０１０００３）；贵州省高层次人才科研条件特助经费：贵州大学引进人才科研项目支助。
ｓｌｒｅｓｓ
ａｎｄｊｏｉｎｔｓ．Ｒｏｃｋ ｂｒｉｄｇｅ ｐｌａｙｓ姐ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆｔｈｅ ｒｏａｄｗａｙ．Ａｌｔｈｏｕｇｈ ｔｈｅ ｓ４冀，－＊ｐａｇｅ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏａｄｗａｙ；ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏａｄｗａｙ ｕｎｄｅｒ ｈｉｇｈ ｇｅｏｓｔｒｅｓｓ ｉｓ ｎｏｔ ｃｈａｎｇｅｄ ｂｙ ｔｈｅ
１２
ｃｍ．结构而倾角（水甲应山轴与节理面的夹角）
２
为４５。．上下排断续节理问的垂直距离为１ 排断续节理问的水平距离为ｌ
５
ｉ１１，同
坏，对破坏单元采用刚度特性软化（分离处理）和
剐度重建（接触处理．单元再次¨上托砧递相邻单元 血力的作用）的办法进｝ｒ处理。耦合分析通过单兀 渗透率ｔ，应力之司的耦合计算求解单元的渗透系 数，ｊ｛：时连通的破蜘、单兀在满足应力与渗透系数关 系卉程的基础上进行港透系数突变和水慷力传递处 理，重复上述渗流分析、应力分析、破坏分析箨过 程．进行耦台选代循叫、，直到满足选代误差为止， 之后进行Ｆ一步骤的计算。具体计算原理见文 献ｎ７ ２０］。
的力学行为符合弹性损伤理论；③最大拉伸强度准 则和Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ准则作为损伤阈值对单元进行 损伤判断；④在弹性状态下．材料的应力．渗透系数 关系按负指数方程描述，材料破坏后，渗透系数明 显增大；⑤材料细观结构的力学参数，按Ｗｂｉｂｕｎ 分布进行赋值，以引入非均匀性。 Ｔｔｌ９－２０１： 平衡方程为 ａ％，，＋ｐＸｊ＝ｍ“＿，＝１，２，３） 几何方程为
ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｆｏｒ ｆｉｌｒｔｈｅｒ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｆｉｌｅ ｊｏｉｍｓ，ｓｔｒｅｓｓ
ｒｏａｄｗａｙ；ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｏ ｔｓｋｅ
ｓｌｘ．＂ｐａｇｅ ｓｔｒｅｓｓ．Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｈａｓ ａｎｄ ｓｃｅｐ８９ｅ
ｉｎ
ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｉｓ
ｍａｓｓ
ｐｕｓ锄ｉｍｐｏｒｍｎｔ ｒｏｌｅ
ｍａｙ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅ
ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ
ｏｆ ｒｏａｄｗａｙ
ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ。ｔｈｅ ｄｊｌｅｃｔｉ册ｏｆ ｒｏａｄｗａｙ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｄｅｐｅｎｄｓ ｏｎ ｔｈｅ
ｒｅｌａｔｉｖｅ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆｒｏａｄｗａｙｓ