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极弱胶结软岩是在我国西部矿山白垩系、侏罗系地层中广泛存在的一类特殊软岩。由于西部地区特殊的成岩条件,该地区地下围岩形成了其独特的物理力学性质,具有强度低、胶结差、强膨胀性、遇水软化、易风化崩解等典型特征。西部许多煤矿都出现了不同程度的软岩问题,现今极弱胶结软岩问题一直是困扰煤矿安全、高效生产的重大难题之一。 本文结合国家自然科学基金“弱胶结软岩巷道锚喷结构加固机理及其动力损伤研究”资助项目(51174128),以侏罗白垩纪极弱胶结软岩巷道为研究目标,基于榆树井煤矿、新上海一号煤矿、查干淖尔一号煤矿巷道现场调研、室内试验、围岩收敛变形与锚杆受力实时监测等巷道地质力学测试技术,并结合理论分析、数值模拟对侏罗白垩纪极弱胶结软岩巷道的破坏特征及其变形破坏机理进行深入研究。本论文的主要研究内容如下: (1)通过现场调研、X射线衍射仪物相分析、扫描电子显微镜(SEM)、岩石单轴压缩试验、软化试验等手段分别对侏罗白垩纪极弱胶结软岩的矿物成分、微观结构、岩石基本物理力学性质等基本特征进行试验,并通过查阅文献,结合已有软岩分类,对极弱胶结软岩的基本特征进行定性分析。结合极弱胶结软岩的形成条件,得出该类软岩的独特岩性。 (2)基于榆树井煤矿、新上海一号煤矿、查干淖尔一号煤矿变形破坏巷道的现场调研实测,进行工程资料统计。综合分析巷道围岩变形破坏现象,总结变形破坏类型,并归纳出引起该类软岩巷道变形机制的影响因素。并通过FLAC3D数值模拟软件,进一步得出极弱胶结软岩遇水软化后开挖巷道围岩的力学演化特征。 (3)结合已有软岩工程力学理论,针对极弱胶结软岩巷道特有的工程背景,经过合理的假设和采用近似解析方法,在适当假设的前提下,利用粘弹性理论、膨胀岩的湿度应力场理论角度推导出的解析解分别对该类软岩巷道围岩持续变形、吸水膨胀变形的力学性质分析。并结合已有的计算参数运用数学软件MATLAB、Origin绘制变形曲线,得出该类软岩巷道分别在持续变形、吸水膨胀两种条件下的变形规律。 (4)基于极弱胶结软岩的基本特征、巷道变形破坏特征,研究了主要影响巷道变形破坏机制因素的作用机理,并着重分析了该类软岩膨胀压力下巷道底臌变形机理。 最后,就研究中存在的问题和尚需继续分析的方向进行了简要讨论。