直墙半圆拱巷道变形破坏关键因素：正交试验与影响排序

本文主要探讨了直墙半圆拱形巷道在煤矿安全领域中的重要性，因为现有的力学理论和分析方法在处理这种特殊巷道的破坏机理时存在局限。直墙半圆拱形巷道的结构特点使得其变形破坏受到多种因素的显著影响，包括侧压系数（λ）、围岩垂直压力（p）、岩体的黏聚力（C）、内摩擦角（φ）以及岩体的单轴抗拉强度（σt）。文章通过正交试验设计，这是一种系统性实验方法，对这五个关键参数进行深入研究，旨在确定它们对巷道变形破坏的具体影响程度。 在试验部分，作者首先构建了一个FLAC3D数值计算模型，模型尺寸被精心设计以确保计算的准确性。模型中，巷道宽度为4米，墙高1.9米，半圆拱的半径为2米。模型边界条件设定为上表面施加20MPa的垂直压应力，两侧面施加水平应力，侧压系数设为2，同时考虑到巷道的约束条件，下表面限制垂直移动，水平方向位移固定，采用莫尔-库伦准则进行模拟。 正交试验设计的核心在于选取五个因素的不同水平，每个因素分别有五个等级，以此来模拟巷道在各种条件下可能发生的变形破坏情况。通过这种方式，研究者能够量化并比较这些因素对巷道变形破坏的相对重要性。试验结果显示，内摩擦角对直墙半圆拱形巷道围岩塑性区体积的影响最大，接着是侧压系数、垂直应力、黏聚力和抗拉强度依次递减。 此外，文章还提到了综合变形量这一评价指标，它反映了巷道整体的变形情况，结果表明抗拉强度对综合变形量的影响超过了内摩擦角，而侧压系数的影响又高于黏聚力。这些发现对于巷道的设计、施工和维护具有重要的指导意义，可以帮助工程师们更准确地评估和控制直墙半圆拱形巷道的稳定性，从而保障煤矿开采过程中的安全性。