砌体梁理论

Question

如题所述

Answer 1

随着采场推进,岩层以一定跨度悬露,梁的两端弯变曲沉降,至一定程度后,岩梁在重力作用下,首先端部开裂,然后中部开裂,岩梁断裂形成两块岩块。单一岩层弯拉破坏时垮落步距为

,其中γ为岩石材料的容重；h为岩层的厚度；[σ_t]为岩石材料的抗拉强度。破断的岩块,互相挤压形成水平力,岩块间产生摩擦力,形成外形似梁,实质是拱的裂隙体梁结构,称之为“砌体梁”(图2.6)。如岩梁可能先在两侧支座上端开裂,而后在梁的中间底部开裂,随岩块的转动形成强大的水平挤压力,形成裂隙体梁的三铰拱式结构(图2.7)。

图2.6 砌体梁示意图(据朱炎光,1994)

Fig.2.6 Masonry rock beam(AfterZhuYanguang,1994)

图2.7 三铰拱式结构裂隙体梁示意图(据朱炎光,1994)

Fig.2.7 Fractured beam of triangle arch structure(AfterZhuYanguang,1994)

因此,并不是老顶岩梁刚达到断裂极限跨距,即发生垮落,还决定于结构是否滑落和变形失稳。滑落的条件为：

≥tan(φ+θ),即咬合点处剪切力大于摩擦力,R为咬合点处的重力,T为咬合点处的水平推力,φ为岩块间的摩擦角,θ为节理面与层面的锐夹角。当节理面与层面交角小于45°～52°时,易发生岩块滑落失稳。二为结构变形失稳,即岩块的回转过程中,由于挤压处产生局部应力集中,至塑性状态,局部受拉使咬合处破坏,从而产生岩块回转加剧,整个结构失稳,与中间下沉量有关。

在前述理论的基础上,钱鸣高院士提出了“关键层理论”。由于煤系岩体的分层特性差异,各岩层在岩体活动中的作用是不同的。有些较为坚硬的厚岩层在活动中起控制作用,有些较为软弱的薄岩层的大部分自重由坚硬的厚岩层承担,故将在岩体活动中起控制作用的岩层称为关键层。关键层的断裂步距为上覆岩层中全部或部分岩层的断裂步距。采用材料力学的分析方法,考虑了支承端的垫层影响,分析了垫层对坚硬厚岩层的运动规律的影响。两端固支梁模型的极限破断距计算公式为

，其中σ_c为岩石的抗压强度；q₁为硬岩层上的软岩的重量。