含陡倾角软弱结构面的花岗岩力学特性及声发射特征

利用MTS 815.03岩石试验机对试件进行三轴压缩试验,采用DISP声发射测试系统进行声发射数据收集,并对含陡倾角软弱结构面的岩体试件和岩石试件进行试验对比.两种试件随围压的增加强度逐渐增加,破坏由脆性向延性转变;岩体试件总是沿结构面滑移破坏,岩石试件为剪切破坏.随着围压的增加,两种试件的弹性模量、变形模量、峰值应变和峰值强度增加;岩体试件弹性模量、变形模量值和峰值强度低于岩石试件,而峰值应变高于岩石试件.岩体试件内摩擦角小于岩石试件,而黏聚力大于岩石试件.随围压的增加,两种试件在峰值应力阶段声发射事件远高于其他阶段,而岩体试件声发射事件集聚量远远高于岩石试件.研究结果表明软弱结构面的存在降低了岩体的力学性质,因此在高放废物地质处置库选址时结构面发育特征是需要考虑的关键因素.      

基于应变软化深埋巷道含水围岩的弹塑性极限平衡分析

在岩体内开挖巷道后,由于干扰了原岩应力分布和渗透水压力的作用,巷道含水围岩中呈现次生应力,这种新出现的不平衡应力是引起岩体产生变形、位移,甚至破坏的主要根源.以圆形截面巷道为例,结合莫尔-库仑理论从围岩弹塑性变形的角度出发,在考虑了围岩应变软化所引起围岩损伤的基础上,计算和分析了地下巷道含水围岩达到极限平衡时围岩塑性区...     

不同工况下圆形隧道开挖模拟研究

隧道的开挖使得岩体内部的原有应力场遭到破坏,继而造成周围岩体乃至地表也发生变形移动。因此,利用FLAC~(3D)软件,具体分析研究了隧道开挖及支护在不同工况下的位移、应力及塑性区分布规律,剖析开挖对围岩的影响,对隧道的开挖稳定性进行了综合评价。结果表明:隧道开挖后对拱顶稳定性影响较大,水平方向相对稳定,最大主应力也集中分布在拱顶区域;隧道开挖后及时支护可保证其围岩稳定性,满足相关工程的要求。本文的结论对隧道开挖工程的设计和施工有一定的指导意义。     

充填物对含孔洞大理岩力学特性影响规律试验研究

为研究充填物对含孔洞岩石的力学特性及变形破坏特征的影响规律,室内预制加工了含孔洞及石膏充填物大理岩,分别对其进行单轴压缩和声发射试验,并对破坏前后试件进行CT扫描,分析其裂纹扩展规律.试验结果表明:(1)相比于含孔洞大理岩,石膏充填使试件的抗压强度提高了10.62%.二者峰前特征相似,均表现为孔周裂纹起裂引起第一次应力跌落现象,峰后特征则有所不同,石膏充填使大理岩变形的局部化特征更为明显.(2)峰后阶段,含孔洞试件声发射特征显著,裂纹扩展迅速,石膏充填试件稍慢,表明石膏充填遏制了试件的裂纹扩展.(3)含孔洞和石膏充填大理岩的破坏模型有所区别,含孔洞试件破坏裂纹较为单一,主裂纹以张拉破坏为主,翼裂纹在试件端部较多,部分从侧面贯通,形成块体掉落.充填条件下孔洞周边的裂纹更细更分散,小裂纹相互贯通,形成"X"状剪切破坏.      

破碎出矿巷道围岩变形机制数值模拟研究

研究了九顶山铜钼矿2 480 m水平201采场出矿巷道开挖后的二次应力分布及巷道变形机制。首先根据现场工程地质勘查和室内岩石力学试验对巷道围岩进行了岩石力学参数确定;在此基础上运用FLAC3D数值模拟软件研究了巷道开挖后的应力应变状态,分析了围岩变形机制。研究结果表明,围岩条件不同的出矿巷道其二次应力分布影响范围有所差异,但围岩主应力总体上表现为由巷道边墙中下部位的压应力集中带逐步过渡到拱顶、底板一定范围内的拉应力集中带。     

动静组合荷载下岩石特性的三维数值模拟研究

针对深部岩石工程中,围岩在动荷载压力作用之前就已经承受高静应力或地应力,因此对三维动静荷载联合作用下的岩石变形及破坏特性展开研究具有重要意义。为了探究三维动静组合加载下岩石的力学特性,采用FLAC3D数值模拟方法对岩样进行模拟,以岩石单轴抗压强度的0%、20%、50%和80%作为轴压值,分别设置0 MPa、2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa为围压进行加载。得出以下结论:在轴向静压固定、围压变化下,试件的组合强度逐渐升高;当对岩石试件的径向进行加载,增强岩石的整体强度,表现出等效应力逐渐变大;当围压不变,轴向静压变化的情况下,轴向静压值成为岩石试件毁坏程度和破碎速度的主要条件,当压力值增大到一定程度,试件将发生破碎。     

单轴多级加载下岩石声发射特性试验研究

对大理岩和花岗岩开展室内单轴多级加载试验,得到应力—应变,声发射参数、应力与时间关系。研究结果表明:在加载初期,两者没有明显的声发射现象,表明试件中原有张开性结构面或微裂隙逐渐闭合;在稳压阶段,大理岩声发射活动水平较低,岩石中有少量新生裂纹的产生或扩展;花岗岩声发射活动显著,岩石在载荷稳定时裂隙继续发展;临近破坏时,大理岩声发射活动水平较低,花岗岩声发射活动集聚增加。室内单轴多级加载试验在一定程度上反映工程岩体分级开挖时应力调整前后声发射的变化趋势。对高应力、多扰动的深部岩体,建议现场声发射监测岩体稳定性,岩爆等地质灾害时,应掌握合适的监测时机,对多中段同时开采的矿山深部岩体应加强顶底板、围岩、矿柱的声发射监测,为现场岩体稳定性监测与预报的判据提供了借鉴和思路。     

不同应力路径下岩石细观力学性能离散元研究

岩体工程中的应力状态对围岩的稳定性具有重要影响。为研究地下巷道中岩体应力状态对围岩稳定性的影响规律,基于离散元理论,对地下巷道开挖过程的应力状态进行分析,开展了围压卸载—轴压增加、围压卸载—轴压不变和围压卸载—轴压减少3种不同卸载路径下的三轴压缩数值模拟试验,并与常规三轴压缩试验进行对比,分析了不同应力路径下的岩石宏观强度特征及细观损伤过程差异性。结果表明：强度准则和应力张量状态不受卸载路径的影响,但不同应力路径下岩体的损伤过程不同,围压卸载—轴压不变应力路径下的微观裂纹发育最密集,而围压卸载—轴压增加应力路径下的裂纹丛集速度最快。研究结果可为地下巷道开挖过程中的围岩应力卸载破坏分析提供参考。     

无衬砌水工压力隧洞围岩破坏机理研究

基于Kiersch导出的在连续、均质和各向同性岩体中开挖圆形隧洞平面问题应力解以及Mohr-Cou-lomn屈服准则,分别研究了圆形有压输水隧洞在施工期和运行期围岩的破坏规律,并根据不同侧压系数,分别推导出了各种情况下洞室围岩的破坏规律,得到了不同侧压系数条件下洞室围岩产生塑性变形的临界内水压力,可以有效地预防无衬砌洞室渗漏水问题,为水工无衬砌有压输水隧洞的设计提供参考。     

不同荷载作用下岩石的声发射特征

由于岩石破裂过程的尺度无关性质,通过对岩石样品破坏过程中声发射特征的研究可增进对采矿工程岩体失稳过程的认识。基于室内声发射试验及国内外学者在岩石声发射方面的大量科研成果,讨论了各种受力状态对岩石声发射活动性的影响,即单轴加卸载和三轴加卸载等多种荷载条件下的声发射特征,重点分析了岩石破坏前"声发射平静期现象"出现的条件。通过与岩体破裂过程中声发射监测结果中"沉寂区"的对比分析得出,在利用声发射技术监测地下工程岩体结构的稳定性时,必须深入分析岩体的声发射特征和应力状态变化过程,才能准确识别岩体破坏前兆现象,有效地作出对地质灾害的预报。