節(jié)理巖體采動損傷演化及破壞規(guī)律研究.pdf

1、節(jié)理巖體普遍存在于礦山、隧道、公路等實際工程中。節(jié)理的存在被普遍認(rèn)為是巖體的初始損傷，遍布于巖體內(nèi)部不同形狀、大小的節(jié)理對巖石力學(xué)特性有這十分顯著地影響。已有相關(guān)研究表明，在巖土類工程災(zāi)害中，包括滑坡、隧道坍塌、井下采場冒頂?shù)?，多?shù)都是因為巖體內(nèi)部存在節(jié)理等力學(xué)薄弱面而造成的。因此，研究節(jié)理特性對巖體破壞的影響至關(guān)重要。本文以廣西華錫集團(tuán)銅坑礦為研究背景，開展節(jié)理巖體采動損傷及破壞規(guī)律相關(guān)方面的研究工作。
　　主要研究內(nèi)容如下:<

2、br>　　(1)在查閱現(xiàn)有相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，綜述了目前國內(nèi)外節(jié)理巖體相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀，歸納了適用于研究節(jié)理類巖體的各種理論和數(shù)值分析方法。
　　(2)介紹了損傷力學(xué)研究內(nèi)容及主要研究方法，從不同角度歸納了描述巖體損傷變量的方法，包括面積損傷變量、彈性模量損傷變量和強(qiáng)度損傷變量。并分析了各種方法存在的優(yōu)缺點，最終選取強(qiáng)度損傷變量作為本文衡量巖石損傷的標(biāo)準(zhǔn)。
　　(3)利用核磁共振和電液伺服巖石單軸試驗機(jī)研究了巖石在不同應(yīng)力荷載

3、下?lián)p傷演化規(guī)律和宏觀強(qiáng)度損傷特性。主要得到了以下幾點結(jié)論:1）巖石內(nèi)部普遍存在細(xì)小孔隙、孔洞等，當(dāng)外力由小逐步變大過程中，其主要呈現(xiàn)出壓合—新裂紋的生成和原始裂紋的緩慢擴(kuò)展—裂紋的快速擴(kuò)展和貫通—最終形成宏觀破裂面;2）巖石內(nèi)部孔隙度的變化與巖石宏觀強(qiáng)度的變化不完全一致，當(dāng)外荷載較小時，巖石孔隙度會變小，而巖石強(qiáng)度降低;3）以往的巖石強(qiáng)度的分析主要采用巖石加載破壞的形式（即有損檢測），本文結(jié)合核磁共振分析結(jié)果與巖石單軸加載分析結(jié)果，建立

4、了巖石微觀孔隙變化與宏觀力學(xué)強(qiáng)的變化的關(guān)系，進(jìn)而可以達(dá)到巖石強(qiáng)度無損檢測的目的。
　　(4)利用RFPA巖石真實破裂軟件分析了含節(jié)理的點柱在不同應(yīng)力狀態(tài)下的損傷及破壞規(guī)律。主要得到了以下幾點結(jié)論:1）巖石非均值特性對巖石力學(xué)特性影響顯著，巖石均質(zhì)度越高，其脆性越強(qiáng)，聲發(fā)射能量越大，對外部帶來破壞的可能性也越大;并且低均質(zhì)度巖石（0＜m＜5）主要體現(xiàn)為剪切破壞模式，高均質(zhì)度巖石（5＜m）主要體現(xiàn)為壓潰破壞模式;巖石均質(zhì)度m＞30時，

5、其力學(xué)特性基本穩(wěn)定。2)隨著節(jié)理傾角的增大，巖石宏觀強(qiáng)度不斷降低，最大聲發(fā)射能量也較小，體現(xiàn)為巖石節(jié)理面由壓狀態(tài)向拉和剪狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。3）節(jié)理傾角相同時，節(jié)理數(shù)目越多，則強(qiáng)度也越低;節(jié)理數(shù)目相同時，傾角越大，宏觀強(qiáng)度越低，并且?guī)r石內(nèi)部不同傾角節(jié)理共存時，大傾角節(jié)理的損傷演化對巖石最終破壞起主導(dǎo)作用。
　　(5)以銅坑礦深部鋅多金屬礦體首采區(qū)某采場為研究對象，利用離散單元法(DEM)，研究深部節(jié)理巖體采動作用下巖體損傷破壞規(guī)律。研究結(jié)