矿柱下软弱夹层的极限承载力分析

殷勇^1,2，乔来军³，周国庆¹

1. 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室2. 盐城工学院土木工程学院3. 中煤国际工程集团北京华宇工程有限公司

摘 要：软弱夹层是一种广泛存在的地质构造,地下采矿工程中软弱夹层的存在往往给矿柱的设计及稳定性分析带来不利。针对软弱夹层的极限承载力,采用Prandtl塑性挤出破坏模式和极限分析上限法,同时考虑夹层面不同位置的剪应力条件,求得了平面应变条件及空间轴对称条件下软弱夹层极限压力的计算式。对计算数据的分析表明,软弱夹层的极限压力与夹层的宽高比及夹层面的摩擦系数之间具有一定的规律。总体而言,软弱夹层的极限压力随夹层的宽高比及夹层面摩擦系数的增加而增大,同时夹层面的摩擦条件对极限压力的影响也随宽高比的增加而更加显著,但摩擦系数增加至一定程度时其对各种宽高比尺度下极限压力的影响逐步减弱直至消失。此外,与夹层面采用单一摩擦条件的其他方法相比,夹层宽高比较小时所得到的解答与其他方法解答相差不大,夹层宽高比较大时解答结果高于其他方法,但在摩擦系数或粗糙程度极高的情况下几种方法的解答近似相等。推导得出的极限承载力计算式可以为下伏软弱夹层的矿柱设计及稳定性分析提供参考。

关键词：矿柱地基;软弱夹层;塑性挤出破坏;层面摩擦条件;极限承载力;