巷道开挖扰动下围岩宏细观力学响应及能量机制

为揭示不同应力环境巷道开挖扰动应力重分布特征及能量演化机制，利用离散元PFC程序建立半圆拱泥岩巷道模型，获取巷道围岩宏观应力场及全断面变形动态演化曲线，以巷道开挖细观应力场分布特征为基础，揭示巷道开挖声发射特性及能量演化一般规律，探究垂直应力和侧压系数对不同能量特征的影响，并以应变能释放速率作为表征巷道开挖能量释放严重程度的指标。结果表明：巷道开挖后围岩径向应力和切向应力均经历“卸压—回升—波动—稳定”4个阶段，卸压阶段应力快速释放，且越靠近临空面，应力释放越剧烈。拱顶不同深度测点径向应力和切向应力模拟值与解析解比较吻合，表明模拟结果能够较好地反映巷道开挖后围岩不同深度应力分布规律。λ=1.0时，巷道最大位移量与垂直应力近似呈线性正相关。颗粒黏结力、线性力等细观接触力随垂直应力及侧压系数增加而增大。开挖扰动期间裂纹主要产生在应力升高阶段，集中在巷道底角及拱顶等处。围岩应变能、动能、摩擦能随垂直应力和侧压系数增加而增大，在相同侧压系数下应变能与垂直应力平方成正比，定量揭示了应变能与垂直应力关系。应变能释放速率随围岩应力水平增加而增大，反映出高应力巷道应变能释放更加剧烈，导致围岩动能和摩擦