孫琪皓 馬鳳山 萬 洋 郭 捷 李 光

(①中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所， 中國科學(xué)院頁巖氣與地質(zhì)工程重點實驗室， 北京 100029， 中國) (②中國科學(xué)院地球科學(xué)研究院， 北京100029， 中國) (③中國科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049， 中國)

0 引 言

近年來，地下工程不斷向深部進(jìn)軍，一系列重大工程如戰(zhàn)略能源的深部存儲、核廢料的深部地質(zhì)處置等工程相繼推進(jìn)建設(shè)。在淺部礦產(chǎn)資源日益枯竭的背景下，深部礦山建設(shè)更是已經(jīng)成為常態(tài)，超千米深的礦井屢見不鮮，僅在我國，就現(xiàn)存有47座超千米深煤礦和十余座金屬礦(柏建彪等， 2006； 李夕兵等， 2011； 康紅普等， 2015)。

深部具有更加復(fù)雜和惡劣的地質(zhì)環(huán)境，特別是在高應(yīng)力的作用下，巖體的力學(xué)性質(zhì)、變形特征和破壞方式均呈現(xiàn)出特殊的表現(xiàn)形式。在這種條件下，巷道開挖會誘發(fā)開挖輪廓面周圍巖體應(yīng)力的急劇調(diào)整，圍巖應(yīng)變能產(chǎn)生積聚、耗散、釋放或轉(zhuǎn)移等行為，從而使巖體受到不同程度的損傷，這種損傷極易繼續(xù)發(fā)展演化，最終導(dǎo)致失穩(wěn)破壞甚至巖爆等災(zāi)變現(xiàn)象的發(fā)生。可以看到，深部巷道開挖損傷問題已經(jīng)成為了當(dāng)前深部礦山安全開采所面臨的重要課題。

深埋巷道開挖是一個典型的動態(tài)過程。近年來，科研人員采用了各種方法來研究地下開挖引起的圍巖損傷破壞機(jī)制?，F(xiàn)場監(jiān)測方法提供了一種直觀的研究手段，因此被廣泛應(yīng)用于開挖后巷道圍巖動態(tài)力學(xué)行為的觀測中。學(xué)者們通過進(jìn)行現(xiàn)場原位試驗，獲得了大量的現(xiàn)場原位數(shù)據(jù)(Siren， 2015； Chen et al.，2019)。然而，監(jiān)測的滯后性和數(shù)據(jù)采集的長周期性，使得該方法難以及時捕捉到所有短期開挖反應(yīng)。為了預(yù)測和評估開挖損傷的范圍，許多理論方法或經(jīng)驗方法被先后提出，如收斂約束法(Convergence Confinement Method， CCM)，它能夠獲取對圍巖收斂位移及其傳遞到支護(hù)上的載荷大小的準(zhǔn)確估計(Carranza-Torres et al.， 2000)。此外，還有學(xué)者提出了基于有效輸入數(shù)據(jù)的損傷區(qū)預(yù)測方法，用以預(yù)測巷道圍巖損傷區(qū)的深度和形狀(Wu et al.，2009)。這些研究在一定程度上加深了人們對于開挖損傷的理解。當(dāng)前，數(shù)值模擬方法作為一種靈活實用、高效直觀的方法，得到了越來越廣泛的使用，在工程巖體變形破壞機(jī)制的研究中也發(fā)揮出了重要的作用(Golshani et al.，2007； Liu et al.，2020)。隨著模擬方法的不斷創(chuàng)新和計算機(jī)科學(xué)的不斷進(jìn)步，研究人員采用各種基于連續(xù)或不連續(xù)模型的數(shù)值方法，對巖體開挖過程進(jìn)行模擬研究，以獲得巷道開挖的力學(xué)響應(yīng)和初期支護(hù)的作用效果(Yang et al.，2015； Vazaios et al.，2017； Müller et al.，2018； 孫琪皓等， 2018； Wu et al.，2018)。盡管前人的研究已經(jīng)取得了很多重要成果，但仍然缺乏對于開挖作用引起的深部巷道開挖損傷演化模式的系統(tǒng)歸納。

金川礦區(qū)是我國最大的鉑族金屬提煉中心和金屬鎳生成基地，其中二礦區(qū)是目前正在開采的主力礦區(qū)(馬鳳山等， 2019； 趙海軍等， 2019)。在二礦區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，深部巷道在開挖后損傷極其嚴(yán)重，給采礦安全帶來了嚴(yán)重的威脅。因此，亟需開展金川礦區(qū)深部巷道開挖損傷區(qū)演化特征、發(fā)展規(guī)律、形成機(jī)理以及發(fā)展趨勢的研究，以更好地指導(dǎo)圍巖支護(hù)設(shè)計和安全性評價工作，并為采取針對性的地質(zhì)災(zāi)害防治措施提供依據(jù)。

1 金川礦區(qū)深部巷道的開挖損傷問題

由于金川礦區(qū)所處位置的地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，構(gòu)造活動十分強(qiáng)烈，使得礦區(qū)的地質(zhì)條件極為惡劣，水平構(gòu)造應(yīng)力突出，節(jié)理、裂隙、斷層等多尺度結(jié)構(gòu)面極為發(fā)育。經(jīng)過幾十年的開采，礦區(qū)淺部資源日趨枯竭，開采深度逐漸增加，目前已超過地下1100m(圖 1)。深部具有更加復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，在開挖作用的影響下，巷道的損傷變形破壞問題也成為了金川礦區(qū)棘手的難題(李光等， 2018； 江權(quán)等， 2019)。

圖 1 金川礦體開采縱剖面圖Fig. 1 Longitudinal profile of orebody in Jinchuan mining area

圖 2 金川二礦區(qū)深部巷道巖體結(jié)構(gòu)Fig. 2 Rock mass structure of deep roadways in Jinchuan No.2 mining area a. 整體塊狀結(jié)構(gòu)； b. 層狀結(jié)構(gòu)； c. 菱塊狀結(jié)構(gòu)

圖 3 金川二礦區(qū)深部典型損傷破壞現(xiàn)象Fig. 3 Typical damage and failure phenomena in deep roadways of Jinchuan No.2 mining area a. 巷道開挖損傷現(xiàn)象； b. 支護(hù)損傷破壞現(xiàn)象

2 巷道開挖損傷的數(shù)值分析模型

數(shù)值模擬方法能夠模擬很多復(fù)雜的過程，同時可以監(jiān)測和采集復(fù)雜工況下的動態(tài)特征數(shù)據(jù)，因而是采礦工程領(lǐng)域中研究巖土體響應(yīng)規(guī)律和宏細(xì)觀現(xiàn)象機(jī)制的有效工具。為了分析金川礦區(qū)深部巷道的開挖損傷模式，本文采用離散元軟件UDEC(Universal Distinct Element Code)進(jìn)行數(shù)值分析。(Coulthard，1999； Popp et al.，2008； Coggan et al.，2012； 高富強(qiáng)， 2019； Khademian et al.，2019)。

2.1 開挖等效模擬方法

深埋巷道開挖是一個典型的時空過程，然而由于三維模型成本高、費(fèi)時費(fèi)力和計算能力不足等局限性，在實際工程初步設(shè)計時一般采用二維平面模型進(jìn)行分析。這就需要采用等效模擬方法來近似還原開挖的動態(tài)作用。常用的等效模擬方法主要包括巖芯置換法、邊界應(yīng)力釋放法等，它們大多是將開挖作用等效為被開挖巖體內(nèi)部壓力的突然釋放或等比例漸進(jìn)釋放。而本文則采用Sun et al.(2021)提出的等效模擬方法。這種方法基于對掌子面前后方不同的力學(xué)過程的分析，將掌子面前方的主導(dǎo)因素歸結(jié)為應(yīng)力集中效應(yīng)，掌子面后方則為空間效應(yīng)。因此，掌子面前方的內(nèi)部虛擬壓力可以通過彈塑性理論分析近似求得，掌子面后方的內(nèi)部虛擬壓力則可以利用收斂約束曲線耦合求得。經(jīng)過計算近似求取出分階段的內(nèi)部虛擬壓力值后，最終能夠得出如圖 5所示的壓力曲線。在模擬中，采用分階段施加等效壓力和分階段計算的方法，從而得到更為真實的圍巖開挖動態(tài)力學(xué)響應(yīng)。

圖 4 金川二礦區(qū)巷道返修費(fèi)用年表(至2018年)Fig. 4 Schedule of roadway repair costs in Jinchuan No.2 mining area(till 2018)

圖 5 等效開挖應(yīng)力路徑示意圖Fig. 5 Diagram of equivalent excavation stress path

2.2 非均質(zhì)模型

巖石是一種典型非均質(zhì)材料，內(nèi)部缺陷和微元強(qiáng)度的差異性使得其損傷發(fā)展及最終宏觀破壞行為可能大相徑庭。為了能在數(shù)值計算過程中表達(dá)出這種重要的特性，研究中多采用Weibull分布來體現(xiàn)巖石的非均質(zhì)特性(劉港等， 2018； 孫琪皓等， 2019； 王志文等， 2019； 夏海城等， 2021)。

本文假設(shè)巖體微元體的彈性模量服從Weibull分布，在數(shù)值模型中通過Fish語言編寫函數(shù)進(jìn)行實現(xiàn)。雙參數(shù)Weibull分布的概率密度表達(dá)式為：

(1)

概率密度曲線如圖 6所示。式中：x為單元的屬性參數(shù)，本文取彈性模量；λ為尺度參數(shù)，代表屬性參數(shù)的平均值；m為形狀參數(shù)，反映屬性參數(shù)的均質(zhì)度。

圖 6 彈性模量的Weibull分布Fig. 6 Weibull distribution of the elastic modulus

圖 7 不同巖體結(jié)構(gòu)模型Fig. 7 Models of different rock mass structures a. 完整狀圍巖模型； b. 層狀圍巖模型； c. 菱塊狀圍巖模型

圖 8 完整塊狀圍巖的開挖損傷結(jié)果Fig. 8 Excavation-induced damage of intact massive rock mass a. 埋深550m； b. 埋深750m； c. 埋深1000m

圖 9 層狀圍巖的開挖損傷結(jié)果Fig. 9 Excavation-induced damage of layered rock mass a. 埋深550m； b. 埋深750m； c. 埋深1000m

2.3 數(shù)值分析模型的建立

為了研究不同情況下的開挖損傷演化情況，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查和監(jiān)測結(jié)果，分別考慮了不同深度和不同巖體結(jié)構(gòu)的影響。選取二礦區(qū)1200m水平(埋深550m)、1000m水平(埋深750m)和814m水平(埋深1000m)的新開拓巷道作為研究對象，研究中可以近似忽略相鄰巷道及其他工程擾動的影響。同時，考慮在各水平均出露較多的整體塊狀、層狀和菱塊狀3種巖體結(jié)構(gòu)。將不同的影響因素相互組合，共確立了9種數(shù)值模擬方案，如表 1所示。根據(jù)試驗巷道的幾何尺寸特征，設(shè)置數(shù)值模型的高度和寬度均為28m，巷道開挖輪廓為直墻半圓拱形，高度和寬度均為4m。模型使用Trigon建模方法，單個塊體單元尺寸設(shè)置為20～40cm。

表 1 數(shù)值試驗方案Table 1 Numerical test scheme

數(shù)值計算開始前，需要進(jìn)行計算參數(shù)的標(biāo)定(戴峰等， 2015)。將從深部巷道中所采集的大理巖完整巖芯樣品制成標(biāo)準(zhǔn)試樣，利用試驗室MTS Exceed 40伺服試驗機(jī)進(jìn)行室內(nèi)單軸壓縮試驗，得到了巖塊的基本力學(xué)參數(shù)。利用經(jīng)驗轉(zhuǎn)換公式(Sun et al.， 2020)，獲得了工程尺度的巖體力學(xué)參數(shù)(表 2)。最后，進(jìn)行了一系列的單軸壓縮數(shù)值模擬試驗，根據(jù)峰值強(qiáng)度和彈性模量值標(biāo)定了所需的細(xì)觀參數(shù)(表 3、表4)。

綜上所述，中地裝(北京)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司研發(fā)了一套滿足3000 m地?zé)崴┕さ南冗M(jìn)的電傳動JDR-30DB型主絞車，本文對該絞車進(jìn)行簡單的介紹。

表 2 巖塊和巖體的力學(xué)參數(shù)

表 3 UDEC Trigon模型中標(biāo)定的力學(xué)參數(shù)Table 3 Calibrated mechanical parameters in the UDEC Trigon model

表 4 標(biāo)定物理參數(shù)的擬合度結(jié)果Table 4 Physical mechanical parameters obtained by fitting

表 5 模型中施加的邊界應(yīng)力值Table 5 Boundary stress values applied in the models

在所有數(shù)值模型中，均采用前述非均質(zhì)性的表示方法。同時，根據(jù)實際情況，施加邊界條件和初始條件。選擇部分代表性地應(yīng)力測點，將有傾角的地應(yīng)力實測值換算到水平及豎直方向，得到的具體結(jié)果見表 5。在模型的頂部邊界和兩側(cè)邊界分別施加垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力，以此來表示巷道所承受的地應(yīng)力； 側(cè)向邊界的水平位移和底部邊界的水平位移、垂直位移都需要進(jìn)行約束。

在進(jìn)行邊界條件的固定和實際地應(yīng)力的施加后，首先需要將模型運(yùn)算至平衡狀態(tài)，以穩(wěn)定的初始應(yīng)力場來模擬巷道開挖之前的原巖應(yīng)力場。然后通過UDEC模型中的Fish語言程序，采用等效開挖模擬方法實現(xiàn)開挖輪廓邊界虛擬壓力按照既定的路徑分階段變化，且在每個階段計算足夠的步數(shù)使模型中的不平衡力減小至忽略不計。在模擬過程中，利用自編程序，實現(xiàn)對模型中接觸狀態(tài)變化的捕捉，將新產(chǎn)生的剪切裂隙標(biāo)記為藍(lán)色，拉張裂隙標(biāo)記為紅色，以此來研究開挖過程損傷裂隙的演化規(guī)律。

3 深部巷道開挖損傷演化模式

采用9種模型分別進(jìn)行計算，獲得了深部巷道圍巖隨著開挖面推進(jìn)的損傷演化過程。

3.1 數(shù)值模擬結(jié)果分析

完整塊狀結(jié)構(gòu)巷道圍巖的開挖損傷演化情況如圖 8所示。較淺部(埋深550m)的巷道開挖后，由于頂?shù)装逄幃a(chǎn)生應(yīng)力集中，損傷裂隙首先在頂?shù)装迕壬?，隨著開挖的進(jìn)行，損傷裂隙由頂?shù)装逯饾u向深處蔓延，最終形成了如圖 8a所示的開挖損傷區(qū)； 當(dāng)巷道埋深增加至750m時，在頂?shù)装逄幍膿p傷區(qū)形成后，裂隙即開始向兩幫處擴(kuò)展，圖 8b中兩側(cè)邊墻處的損傷裂隙明顯增多； 而埋深1000m的巷道最終形成了圖 8c中近似環(huán)狀的開挖損傷區(qū)。

層狀結(jié)構(gòu)巷道圍巖的開挖損傷演化情況如圖 9所示。較淺部的巷道開挖后，損傷裂隙首先沿頂?shù)装灏l(fā)育，最終左側(cè)底板和右側(cè)拱頂處損傷程度最大(圖 9a)； 隨著巷道埋深的增加，損傷裂隙也開始向兩幫處擴(kuò)展(圖 9b)； 在較深部巷道中，損傷裂隙依次在底板、頂板和兩幫處聚集，損傷區(qū)的發(fā)展明顯受層面產(chǎn)狀的影響，且沿層面方向的裂隙普遍擴(kuò)展長度較大(圖 9c)。

圖 10 菱塊狀圍巖的開挖損傷結(jié)果Fig. 10 Excavation-induced damage of rhomboid rock mass a. 埋深550m； b. 埋深750m； c. 埋深1000m

菱塊狀結(jié)構(gòu)巷道圍巖的開挖損傷演化情況如圖 10所示。較淺部的巷道開挖后，會在頂?shù)装甯餍纬梢粋€“V型”損傷區(qū)，初期主要沿結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生損傷，構(gòu)成了損傷區(qū)的外部邊界，隨著開挖的進(jìn)行，內(nèi)部的層間裂隙明顯增多； 而在較深部巷道中，初期在頂?shù)装搴蛢蓭吞幭群笮纬闪司植康摹癡型”損傷區(qū)，隨著開挖的進(jìn)行，損傷逐漸擴(kuò)展并相互融合，發(fā)展形成了以結(jié)構(gòu)面為邊界的菱形損傷區(qū)。

3.2 開挖損傷演化模式分析

在不同埋深條件和不同巖體結(jié)構(gòu)中，巷道開挖損傷區(qū)的形成和演化過程均有所不同。從開挖損傷區(qū)中裂隙網(wǎng)絡(luò)的漸進(jìn)變化過程中可以歸納出不同的損傷區(qū)演化規(guī)律。根據(jù)上述的數(shù)值模擬分析結(jié)果，結(jié)合金川二礦區(qū)的現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，本文歸納出了金川礦區(qū)巷道圍巖開挖損傷區(qū)的5種演化模式，分別為：底板-頂板擴(kuò)展型、底板-頂板-兩幫擴(kuò)展型、平行層面擴(kuò)展型、楔形擴(kuò)展型、菱形擴(kuò)展型。

3.2.1 底板-頂板擴(kuò)展型

該演化模式產(chǎn)生的主要條件為：整體塊狀圍巖，淺部相對較低的地應(yīng)力水平，側(cè)壓力系數(shù)大于1。主要表現(xiàn)為：如圖 11，開挖初期，在巷道頂?shù)装宸謩e出現(xiàn)了小面積的剪切損傷區(qū)，即圖中的區(qū)域A和B； 隨開挖的推進(jìn)，損傷區(qū)規(guī)模不斷增大，A和B分別向上方和下方擴(kuò)張，形成了兩個近似扇形的剪切損傷區(qū)，在頂?shù)装鍦\部巖體則形成了拉張損傷區(qū)，即圖中的區(qū)域C和D。這種演化模式主要受到地應(yīng)力的控制，在這種演化模式的作用下，最終容易產(chǎn)生頂板開裂、塊體掉落或塌落、底板開裂等破壞現(xiàn)象，同時水平構(gòu)造應(yīng)力作用將助推底鼓現(xiàn)象的產(chǎn)生。圖 12即為與該種模式類似的現(xiàn)場破壞現(xiàn)象。

圖 11 底板-頂板擴(kuò)展型EDZ演化模式示意圖Fig. 11 Schematic diagram of floor-roof EDZ evolution mode

圖 12 模式1條件下的現(xiàn)場破壞圖Fig. 12 Roadway failure diagram under mode 1

圖 13 底板-頂板-兩幫擴(kuò)展型EDZ演化模式示意圖Fig. 13 Schematic diagram of floor-roof-sides EDZ evolution mode

3.2.2 底板-頂板-兩幫擴(kuò)展型

該演化模式產(chǎn)生的主要條件為：整體塊狀圍巖，深部較高的地應(yīng)力水平，側(cè)壓力系數(shù)大于1。主要表現(xiàn)為：如圖 13，開挖初期，在巷道頂?shù)装宸謩e出現(xiàn)了小面積剪切損傷區(qū)(區(qū)域A和B)； 隨開挖的推進(jìn)，頂?shù)装逄幍膿p傷規(guī)模逐漸擴(kuò)大，A不斷向下方和兩側(cè)擴(kuò)張，B不斷向上方和兩側(cè)擴(kuò)張，同時，頂?shù)装鍦\部巖體則形成了小規(guī)模的拉張損傷區(qū)(區(qū)域C和D)； A和B最終逐漸融為一體，形成了一個近似環(huán)形的剪切損傷區(qū)。這種演化模式主要受地應(yīng)力的控制，在這種演化模式的作用下，開挖區(qū)淺部圍巖產(chǎn)生了較大程度的損傷，最終容易產(chǎn)生頂板開裂、坍塌、底板開裂、鼓起、邊墻開裂、片幫等破壞現(xiàn)象。圖 14即為與該種模式類似的現(xiàn)場破壞現(xiàn)象。

圖 14 模式2條件下的現(xiàn)場破壞圖Fig. 14 Roadway failure diagram under mode 2

圖 15 平行層面擴(kuò)展型EDZ演化模式示意圖Fig. 15 Schematic diagram of parallel layer extended EDZ evolution mode

圖 16 模式3條件下的現(xiàn)場破壞圖Fig. 16 Roadway failure diagram under mode 3

圖 17 楔形擴(kuò)展型EDZ演化模式示意圖Fig. 17 Schematic diagram of wedge extension EDZ evolution mode

3.2.3 平行層面擴(kuò)展型

該演化模式產(chǎn)生的主要條件為：層狀圍巖，較高的地應(yīng)力水平。主要表現(xiàn)為：如圖 15，開挖初期，在沿層面方向，頂?shù)装迮c層面相交的局部位置首先產(chǎn)生了小規(guī)模的剪切損傷區(qū)(區(qū)域A和B)； 隨開挖推進(jìn)，剪切損傷發(fā)展的方向以平行于層面方向為主，在垂直層面方向的演化速度較慢，同時，在左側(cè)底角和右側(cè)拱頂逐漸形成了以拉張裂隙聚集的損傷區(qū)(區(qū)域C和D)。這種演化模式主要受到巖體結(jié)構(gòu)的控制作用，在這種開挖損傷區(qū)演化模式的作用下，在層面與開挖區(qū)邊界相交的區(qū)域容易發(fā)生不對稱變形和破壞，最終容易產(chǎn)生偏壓變形、拱肩開裂、底角開裂等現(xiàn)象。圖 16即為與該種模式類似的現(xiàn)場破壞現(xiàn)象。

圖 18 模式4條件下的現(xiàn)場破壞圖Fig. 18 Roadway failure diagram under mode 4

圖 19 菱形擴(kuò)展型EDZ演化模式示意圖Fig. 19 Schematic diagram of Rhomboid expansion EDZ evolution mode

3.2.4 楔形擴(kuò)展型

該演化模式產(chǎn)生的主要條件為：菱塊狀圍巖，淺部相對較低的地應(yīng)力水平，側(cè)壓力系數(shù)大于1。主要表現(xiàn)為：如圖 17，開挖初期，巷道頂?shù)装宸謩e出現(xiàn)了小面積楔形剪切損傷區(qū)(區(qū)域A和B)； 隨開挖推進(jìn)，A和B不斷向上方和下方擴(kuò)張，同時，頂?shù)装逄幰残纬闪死瓘垞p傷區(qū)，即區(qū)域C和D。由于結(jié)構(gòu)面的存在，首先沿結(jié)構(gòu)面形成了損傷區(qū)邊界，繼而內(nèi)部損傷不斷加劇，達(dá)到一定程度時，損傷區(qū)繼續(xù)沿更深處的結(jié)構(gòu)面形成邊界，從而使損傷面積不斷擴(kuò)展。這種演化模式主要受到地應(yīng)力和巖體結(jié)構(gòu)的協(xié)同控制，在這種開挖損傷區(qū)演化模式的作用下，頂?shù)装鍑鷰r易產(chǎn)生較大程度的損傷，最終容易產(chǎn)生頂板開裂、楔形體塌落、底板開裂、鼓起等現(xiàn)象。圖 18即為與該種模式類似的現(xiàn)場破壞現(xiàn)象。

3.2.5 菱形擴(kuò)展型

該演化模式產(chǎn)生的主要條件為：菱塊狀圍巖，深部較高的地應(yīng)力水平，側(cè)壓力系數(shù)大于1。主要表現(xiàn)為：如圖 19，開挖初期，頂?shù)装宸謩e出現(xiàn)了小面積楔形剪切損傷區(qū)(區(qū)域A和B)； 隨開挖推進(jìn)，兩側(cè)邊墻處也形成了楔形剪切損傷區(qū)(區(qū)域C和D)； 隨著損傷區(qū)的演化擴(kuò)展，剪切損傷區(qū)最終相互連通，在巷道圍巖中形成了菱形的損傷區(qū)，且結(jié)構(gòu)面成為其外部邊界； 淺部圍巖形成了深度較淺的拉張損傷區(qū)。這種演化模式主要受到地應(yīng)力和巖體結(jié)構(gòu)的協(xié)同控制，在這種開挖損傷區(qū)演化模式的作用下，頂板和兩幫均容易產(chǎn)生楔形體破壞和塌落，底板容易產(chǎn)生開裂和鼓起。圖 20即為與該種模式類似的現(xiàn)場破壞現(xiàn)象。

圖 20 模式5條件下的現(xiàn)場破壞圖Fig. 20 Roadway failure diagram under mode 5

4 結(jié) 論

地下深部巷道開挖會引起圍巖損傷的產(chǎn)生和演化。本文以金川二礦區(qū)深部巷道為研究實例，通過數(shù)值模擬研究得到如下結(jié)論：

(1)利用等效開挖模擬方法和非均質(zhì)模型對9種情況下的巷道開挖損傷演化過程進(jìn)行了研究，得到了金川二礦區(qū)9種不同條件下的開挖損傷區(qū)演化特征、發(fā)展過程，并闡述了各種情況的演化機(jī)理。

(2)結(jié)合野外現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，綜合分析數(shù)值模擬計算結(jié)果，將深部巷道圍巖開挖損傷區(qū)的演化模式歸納為5種類型，分別為底板-頂板擴(kuò)展型、底板-頂板-兩幫擴(kuò)展型、平行層面擴(kuò)展型、楔形擴(kuò)展型、菱形擴(kuò)展型，并給出了各種模式的產(chǎn)生條件、表現(xiàn)特征、發(fā)生機(jī)制以及未來發(fā)展趨勢。