极坐标下圆形孔硐蝶形塑性区分布特征与扩展规律

冯吉成¹，石建军¹，许海涛¹，赵希栋¹，马海燕^1,2，肖建³

1. 华北科技学院安全工程学院2. 中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院3. 北京天地华泰矿业管理股份有限公司

摘 要：针对埋深大、采掘工程和构造区附近的巷道或硐室围岩会形成蝶形塑性区的问题,采用理论计算和计算机编程的方法从极坐标下圆形孔洞围岩塑性区形成和发展的角度出发,阐述了圆形孔洞围岩塑性区形成的力学机制,分析了圆形孔洞围岩塑性区不同的几何形态和范围,重点研究了蝶形塑性区形成、发展及边界扩张的空间演化规律,并探讨了影响蝶形塑性区分布的关键因素和各因素之间的变化特征对蝶形塑性区的影响程度和工程危害。研究发现:孔洞围岩形成蝶形塑性区后,当埋深、孔半径,内摩擦角和黏聚力参数不变时,随着侧压系数从0.4减小至0.3,蝶形塑性区边界从1.43 m增加至3.22 m,随着侧压系数继续的微小变化从0.3减小至0.2,蝶形塑性区边界从3.22 m呈对角线成倍发展扩张至12.27 m,蝶叶扩张至无限大后消失,其中蝶叶扩展影响因素按程度从大到小依次划分为侧压系数、埋深、孔半径,内摩擦角和黏聚力。研究成果为矿山、水利水电、隧道、油气勘探等深部工程稳定性分析及其控制提供了理论依据。

关键词：极坐标;圆形孔洞;蝶形塑性区;影响因素;深部工程;