高圍壓條件下巖石破壞特征及強(qiáng)度準(zhǔn)則研究.pdf

1、隨著地下礦山逐漸進(jìn)入深部礦產(chǎn)資源開采階段，高地應(yīng)力現(xiàn)象日益突出，導(dǎo)致進(jìn)入深部開采以后巖爆、突水和采場失穩(wěn)等一系列災(zāi)害性事故頻發(fā)，并且有不斷加劇的趨勢。同時，強(qiáng)度準(zhǔn)則作為巖石工程設(shè)計(jì)和開挖的重要理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)，高地應(yīng)力條件下巖石表現(xiàn)出的非線性強(qiáng)度特征已經(jīng)無法用傳統(tǒng)強(qiáng)度準(zhǔn)則進(jìn)行準(zhǔn)確描述和表征。
　　針對上述存在的問題，本文通過以武鋼程潮鐵礦典型的鄂州花崗巖為試驗(yàn)對象，開展了巖石在不同圍壓條件下的三軸壓縮加載破壞試驗(yàn)研究及強(qiáng)度準(zhǔn)則理

2、論研究，主要內(nèi)容和研究成果集中在如下幾個方面：
　　（1）高圍壓條件下巖石破壞特征研究。基于鄂州花崗巖三軸試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)巖石在高圍壓下延性破壞的具體表現(xiàn)特征為：偏應(yīng)力-應(yīng)變曲線經(jīng)過線彈性階段后逐漸平緩，進(jìn)入塑性流動狀態(tài)，在破壞前呈現(xiàn)為一段水平線，而且圍壓越高該塑性應(yīng)變越大。同時，發(fā)現(xiàn)巖石破壞形式由低圍壓下的剪切破壞逐漸向高圍壓下的剪切劈裂復(fù)合型破壞轉(zhuǎn)變，其破壞形態(tài)由低圍壓下的單一破壞斷面逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦邍鷫合碌亩嗥茐臄嗝?，其破壞斷裂?/p>

3、隨著圍壓的增加逐漸減小。并對高圍壓下巖石三軸強(qiáng)度特征進(jìn)行了探索，定義了巖石臨界狀態(tài)圍壓的概念，推導(dǎo)得出：巖石在臨界狀態(tài)圍壓破壞時，σ1和σ3的差值為常數(shù)，該值不會隨著圍壓的增加而變化，巖石的臨界斷裂角為45°。通過應(yīng)用鄂州花崗巖三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)對傳統(tǒng)MC強(qiáng)度準(zhǔn)則的驗(yàn)證得出：該準(zhǔn)則在低圍壓下具有較好的適用性，但是其不能反映出巖石在高圍壓下三軸強(qiáng)度隨圍壓增加呈非線性增加的特征；
　　（2）非線性MC強(qiáng)度準(zhǔn)則的適用范圍及改進(jìn)研究。研究分析了

4、非線性MC強(qiáng)度準(zhǔn)則的適用范圍，并對其進(jìn)行改進(jìn)，提出I-MC強(qiáng)度準(zhǔn)則。通過應(yīng)用12種巖石三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證表明：I-MC強(qiáng)度準(zhǔn)則精度高于非線性MC強(qiáng)度準(zhǔn)則，且具有更廣的適用范圍。并對I-MC強(qiáng)度準(zhǔn)則在真三軸壓縮條件下的應(yīng)用進(jìn)行了初探；
　?。?）適合高圍壓條件的巖石強(qiáng)度準(zhǔn)則研究。提出了巖石雙曲線型強(qiáng)度準(zhǔn)則，推導(dǎo)做出其在平面上的屈服曲線及其在主應(yīng)力空間的屈服面。通過12種巖石三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了雙曲線型強(qiáng)度準(zhǔn)則具有較好的適用性，并對雙曲線

5、型強(qiáng)度準(zhǔn)則在真三軸壓縮條件下的應(yīng)用進(jìn)行了初探；
　?。?）三軸壓縮條件下HB強(qiáng)度準(zhǔn)則的改進(jìn)研究。提出了I-HB強(qiáng)度準(zhǔn)則，與HB強(qiáng)度準(zhǔn)則相比，該準(zhǔn)則具有更明顯的非線性特征，評估的巖石三軸強(qiáng)度精度也得到大幅度地提高。同時通過應(yīng)用12種巖石三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證表明：I-HB強(qiáng)度準(zhǔn)則的精度高于I-MC強(qiáng)度準(zhǔn)則和雙曲線型強(qiáng)度準(zhǔn)則。并對I-HB強(qiáng)度準(zhǔn)則在真三軸壓縮條件下的應(yīng)用進(jìn)行了初探；
　　（5）幾種準(zhǔn)則評估巖石三軸強(qiáng)度精度的對比研究。通

6、過將本文提出的3種巖石強(qiáng)度準(zhǔn)則與目前巖石力學(xué)界認(rèn)為較好的幾種強(qiáng)度準(zhǔn)則進(jìn)行評估巖石三軸強(qiáng)度的精度比較得出：I-MC強(qiáng)度準(zhǔn)則、雙曲線型強(qiáng)度準(zhǔn)則和I-HB強(qiáng)度準(zhǔn)則均具有更高的精度，其中以I-HB強(qiáng)度準(zhǔn)則評估的巖石三軸強(qiáng)度精度最高。
　　通過上述研究，揭示了巖石在高圍壓條件下的破壞特征和三軸強(qiáng)度特征，對傳統(tǒng)強(qiáng)度準(zhǔn)則進(jìn)行了改進(jìn)研究，提出了適合高圍壓條件的巖石強(qiáng)度準(zhǔn)則，旨在為深部巖石工程開挖設(shè)計(jì)以及為深部巖石力學(xué)理論體系發(fā)展提供一定的指導(dǎo)和理