酸性環(huán)境下灰?guī)r宏細觀力學特性劣化試驗及其工程應用.pdf

1、我國巖溶地區(qū)分布廣泛，礦山巷道常穿越灰?guī)r地層，而在含有硫鐵礦的采區(qū)，由于原有的煤層環(huán)境被改變，礦井水常呈酸性。酸性礦井水對灰?guī)r的化學腐蝕效應使得灰?guī)r物理力學性質被劣化，從而對巷道圍巖的穩(wěn)定性造成一定影響。本文對灰?guī)r在酸性環(huán)境下力學性質和細觀結構的損傷規(guī)律、酸性環(huán)境下灰?guī)r性質劣化對巷道圍巖穩(wěn)定性造成的影響、以及巷道周邊關鍵部位對酸性環(huán)境及不同側壓力系數(shù)下的細觀響應做了系統(tǒng)的研究。主要研究內容和成果如下：
　?、倩诤舜殴舱窦夹g，對酸

2、性環(huán)境作用前后的灰?guī)r試件進行了核磁共振測量，得到了酸性環(huán)境下灰?guī)r內部孔隙結構的變化規(guī)律。結果表明：酸性環(huán)境下，灰?guī)r試件的內部孔隙有整體變大的趨勢；酸性越強，孔隙尺寸變化的范圍越大，次生大尺寸孔隙的生成率越高；初始孔隙率越大的巖石，其孔隙率的劣化程度也越大；相對于浸泡前，浸泡后的灰?guī)r試件的孔隙度劣化度隨pH值的減小呈指數(shù)劣化規(guī)律。
　?、诨谑覂仍囼灧椒?，對干燥狀態(tài)以及酸性環(huán)境作用后的灰?guī)r試件進行三軸壓縮試驗，得到了酸性環(huán)境下灰?guī)r力

3、學特性相對于干燥狀態(tài)下的劣化規(guī)律。結果表明：酸性環(huán)境越強，灰?guī)r試件的延性特征越明顯，峰后應力降進一步減少;經pH=3、5、7作用后，除彈性模量隨pH值減小呈二次劣化，其余各力學參數(shù)相對于干燥條件下的劣化度呈線性減小的趨勢；酸性環(huán)境對灰?guī)r試件的變形參數(shù)的影響要大于其對強度參數(shù)的影響，對黏聚力c的影響要大于對內摩擦角　?、刍趲r石類材料常用的PFC2D中的平行黏結模型，通過大量數(shù)值試驗研究了單一細觀參數(shù)變化對宏觀力學特征

4、的影響，并分析了宏細觀參數(shù)之間的相關性。結合正交試驗的方法，進行了酸性環(huán)境下灰?guī)r細觀力學參數(shù)的標定。主要結果表明：在進行PFC宏細觀參數(shù)的標定時，材料變形參數(shù)(彈性模量、泊松比)應主要調試顆粒彈性模量和平行黏結彈性模量；應力-應變曲線由平行黏結法向強度均值和切向強度均值共同改變；試件裂紋分布多樣化主因是平行黏結法向強度和切向強度之間的相對關系，兩者比值在1附近時，巖樣共軛破壞，比值增大或減小均會使模型破壞模式向剪切型轉變；摩擦因數(shù)增加，

5、巖樣次生破壞面減少，但不會改變主破壞面的方向。
　?、芑谶B續(xù)-離散耦合分析的數(shù)值計算方法，對酸性環(huán)境下平行巷道的穩(wěn)定性進行了定性研究，并對受影響較大的關鍵部位進行了細觀響應分析。結果表明：隨著酸性環(huán)境作用時間的延長，平行巷道中間巖柱處的塑性區(qū)會逐漸擴展，最后貫通形成破壞；細觀耦合部位內破裂的分布和整體連續(xù)模型中塑性區(qū)的分布相對應；酸性環(huán)境對實際工程的影響不可忽視，應當采取對酸性礦井水進行處理或加固圍巖等處理措施。
　?、輰?/p>