深部硬岩巷道围岩板裂破坏试验研究进展与展望

深部硬岩巷道及隧道围岩开挖后易诱发大致平行开挖面的板裂或层裂破坏现象,严重影响深部工程的稳定和安全。板裂现象的形成不仅与开挖前深部围岩岩性、所处应力环境有关,还与巷道开挖过程中围岩所经历的应力路径密切相关。室内试验是研究深部围岩板裂破坏的一种重要方法,而比照深部硬岩巷道开挖的应力条件和应力路径开展室内试验研究是获得板裂破坏特征和科学揭示板裂破坏形成机制的关键。根据室内试验研究所选的试样类型出发,从实心长方体试样板裂试验、含预制孔洞试样板裂试验以及“先加载后孔内卸荷”板裂试验三方面,重点介绍了板裂破坏室内试验设备发展情况和取得的研究进展,总结了板裂破坏室内试验研究中主要存在的问题和难题,提出了板裂破坏室内试验研究的未来发展趋势和方向：(1)研发与岩石性质相似的3D打印材料,构筑深部岩体大尺度巷道开挖模型试验试样;(2)研制能真实模拟巷道围岩应力条件和应力路径的大尺度、高吨位的真三轴试验系统,实现三维应力环境中巷道开挖过程模拟;(3)开发能显示围岩实时变形、裂隙和应力状态的监测技术和软件。在此基础上,开展室内巷道板裂破坏试验模拟,并结合数值模拟试验结果,总结板裂破坏特征和演化规律,获得板裂...     

不同倾角层状岩体巷道围岩变形破坏特征及机制研究

利用UDEC软件对不同层理面倾角层状岩体巷道围岩的变形位移情况进行了模拟,分析了围岩的内部应力分布,提出了不同层理面倾角巷道围岩的变形破坏机制。研究结果表明:相比于均质岩体,层状岩体由于层理面的存在致使围岩的变形破坏特征更加复杂,层理面倾角大小对围岩的破坏失稳模式有显著影响,随着层理面倾角的增大,围岩变形破坏的非对称性逐渐增强。具体表现为沿层理面的垂直方向变形位移最大,当层理面倾角大于60°时,边墙的变形位移显著增大。当巷道开挖后,在地应力诱导和层理面影响的叠加作用下,先是层理面的剪切滑移、离层破坏,逐渐演化成穿过层理面的剪切—拉伸破坏,并最终过渡成基质的拉伸破坏。研究成果对深部层状岩体巷道围岩如何采取有效的加固措施具有理论和现实指导意义。     

隧洞围岩及施工对危岩体稳定的影响分析

黄蜂斗水电站引水隧洞位于广东省河源境内，工程主要作用是用于发电兼农田灌溉。引水隧洞开挖施工中洞内围岩是否稳定，开挖施工是否会加强黄蜂山危岩体的破坏机制，从围岩地质条件及应力，应变等多方面计算分析，隧洞开挖围岩是稳定的，也不会明显影响危岩体的稳定性。     

连拱隧道围岩变形和破坏形态的DDA分析

连拱隧道围岩一般为由节理结构面相互切割的非连续岩体,利用非连续性分析方法研究这类围岩的变形和破坏形态可以更好地反映工程实际情况。采用非连续变形分析方法DDA,对金鸡山连拱隧道围岩的变形和破坏过程进行了模拟,将整个变形破坏过程划分为了3个阶段：中墙上方岩体变形、地表下沉、滑移面产生阶段、隧道左右洞两侧滑移带（或滑移面）的形成阶段以及中墙顶部块体失稳、隧道上方岩体快速塌落阶段。研究了金鸡山隧道浅埋围岩和深埋围岩的变形破坏特征,其中边墙部位、靠近中墙的内侧拱顶或拱肩部位、外侧拱肩部位会首先受到变形破坏。     

深部层状围岩偏压特征分析

层状岩体是地下工程中经常遇到的一种岩体,具有明显的各向异性力学性质,其变形破坏特征与均值岩体相比表现得更为复杂.根据共和隧道地质调查和地应力量测的资料分析,隧道围岩偏压现象与地应力和岩性有极大的相关性.通过对隧道初期支护开裂段围岩位移收敛、围岩接触压力和锚杆轴向力监测,其结果表明,围岩变形及应力都在右拱肩处最大,即靠河侧大于靠山侧,与初始地应力的最大主应力方向不一致.因此,通过现场监测提前了解围岩—支护结构的变形及受力状况,及时修改了支护参数,避免了隧道垮塌等恶性事件的发生,从而有效地指导了隧道施工和设计.     

深部巷道围岩分区破裂化数值模拟

对应变软化模型岩体的变形机理进行分析,确定了巷道围岩产生分区破裂的前提条件为岩体变形进入峰后塑性及残余破坏阶段。对地下硐室围岩应力变形状态进行FLAC数值模拟,并基于破坏接近度指标对围岩完整状态进行描述。结果表明：分区破裂化与岩体峰后特性密切相关,是应变软化模型特有的属性,理想弹塑性模型并不能产生分区破裂化;计算结果对网格精度具有依赖性,当近巷网格大小为巷道半径的1/60时,巷道围岩出现螺旋带破裂区域,产生分区破裂,而在粗糙网格下则为传统弹塑性环状对称变形;分区破裂化区域受平面内侧压力系数影响显著,分区破坏主要集中在硐室围岩应力较大的方位;分区破裂化是巷道开挖过程中二次应力场在时间和空间重分布的结果。     

小金县魏家山危岩体形成机制与破坏模式分析

通过对四川省小金县魏家山危岩体采取工程地质测绘、槽探、工程测量、取样测试等工作手段,查明其地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质与工程地质条件等,并对其形成机制和破坏模式进行分析.岩体结构、结构面组合特征、地形地貌、卸荷作用等因素是危岩体形成的主控因素,危岩体失稳有滑移式、倾倒式和坠落式三种破坏模式.     

复杂岩体中加固巷道围岩变形破坏规律研究

通过对加固巷道长时期的耦合监测监控，并结合数值模拟，对复杂岩体中采用“拱桥法”加固后巷道围岩的变化规律进行了研究。分析了塌陷区巷道加固后围岩应力场的改善，以及加固后围岩随时间不断变形破坏的过程和诱因。     

采场溜井加固工程围岩稳定性数值计算分析

在分析造成采场溜井破坏的主要原因基础上,应用FLAC^3D数值计算软件,从岩分布、塑性破坏区和岩体移动等方面,系统研究了溜井加固前后的围岩力学状态,揭示了围岩破坏机理和加固工程的力学机制。     

深埋隧洞层状围岩变形分析

深埋隧洞施工过程中,层状围岩在一定条件下会产生层间开裂,进而出现弯曲变形,如果变形过大,将产生严重后果。根据极限平衡受力分析,首先推导了层状围岩转化为板裂体的应力条件,用以判断围岩是属于材料破坏还是弯曲破坏。考虑到参数的随机性,构造出层状围岩产生弯曲结构变形的功能函数模型,并建立基于Monte-Carlo的随机有限元模型。实例分析表明,2种方法计算结果基本一致,而且都可以计算出围岩发生不同变形量的概率,比一般的确定性分析更加科学,为类似工程研究提供了一个参考。     

露天矿边坡失稳破坏模式及其稳定性研究

以福建某大型露采钨矿边坡为例,通过现场工程地质调查和试验研究,总结提出了矿山边坡的变形破坏模式。考虑采场边坡岩体由于结构面分布广泛且形态各异呈现的非均匀性和各向异性,采用平面滑动破坏、楔形体破坏、圆弧形破坏和倾倒破坏4种评价方法分别建立了矿山高边坡的地质模型,进行了稳定性分析评价并提出综合防治措施。研究结果表明,岩体结构面的性质、分布及其与坡面的组合关系是露天采场边坡稳定的主要控制因素;露天采场边坡具有危岩崩塌、平面滑动、楔形体破坏、倾倒破坏和圆弧滑动破坏等多种失稳模式,应采用多种评价方法对其进行分区评价。研究成果可为露天矿边坡岩体稳定性分析、治理设计和矿山安全生产提供参考依据。     

金川矿区深部高应力破碎岩体巷道支护技术研究及应用

针对金川矿区深部高应力破碎岩体巷道围岩变形量大、支护难、使用周期短等特点,基于以往巷道围岩变形破坏特征,从工程地质条件、地应力特征、采动影响等三个方面,分析了深部高应力破碎岩体巷道变形破坏原因。针对典型的巷道破坏特征与工程地质条件,提出了四类相应的新型支护方案,分别开展了现场工业试验;通过巷道围岩收敛变形监测,验证新型支护形式的支护效果。结果表明,新型支护形式有效地控制了深部高应力破碎岩体巷道围岩变形,实现了维护巷道围岩长期稳定的目的。     

巷道围岩连锁冲击破坏机理及稳定控制方法研究

利用虚拟交界面将巷道围岩整体结构分成若干岩体单元和弹性单元，建立巷道围岩连锁冲击破坏理论及其力学结构模型，分析了不同静载、动载组合巷道围岩连锁破坏形式，建立了连锁破坏的力学方程和能量方程，揭示了巷道围岩储能结构、阻力结构在冲击启动和破坏过程中的作用和影响机制。研究表明，冲击地压是动力扰动诱发煤岩体内部弹性能突然释放的结果，其中煤岩体储能结构是冲击破坏的内因和动力源泉，动载诱发局部岩体破坏和能量连续释放；煤岩体冲击破坏时，其整体结构转变为向巷道自由空间运动的多滑块（岩体单元）结构，各滑块间存在相对运动、挤压以及弹性单元触发产生的冲击力，使各岩体单元的速度和加速度均处在动态变化当中；巷道围岩防冲控制的有效思路是调整巷道围岩整体结构，合理分布储能结构和冲击阻力结构，主动破坏能量持续解锁所需的弹性单元，使巷道周边围岩由储能结构转变为阻力结构区域。     

边坡岩体的变形与破坏分析

岩体边坡的变形与破坏是边坡发展演化过程中两个不同的阶段。变形属于量变阶段，而破坏则是质变阶段，它们形成一个累进性变形破坏过程。     

深部巷道裂隙围岩危险体判定及应力监测预警

工程岩体是由节理、裂隙等结构组成的不连续介质体,深部巷道处于高地压、强扰动的复杂工程环境中,裂隙岩体的稳定性是深部工程安全稳定性研究的重要课题。本文以矿井深部巷道为研究对象,构建离散裂隙网络模型,获得等效岩体参数,并以此建立裂隙岩体工程模型;分析工程巷道裂隙围岩的应力、变形和破坏特征。模拟试验结果表明:斜联巷、釆联巷、水仓与主运输巷交叉等位置是应力集中区,易产生张拉、剪切破坏;根据数值模拟获得的应力集中危险区域分布特点,布设围岩应力监测网络,成功预警位于斜联巷和水仓连接巷的顶板塌落事故,为矿山设备、人员安全提供了可靠的保障。     

开挖引起断层活化对井巷围岩的变形破坏

断层作为岩体内的低强度带,受开挖影响常常产生活化现象。经验表明,断层活化会对井巷围岩产生较为强烈的变形和破坏作用。通过对受断层影响的竖井和巷道变形、破坏的理论和数值分析,结果表明：断层的活化会引起断层处井壁的水平应力和剪应力增大,严重时会造成竖井破坏,这不同于无断层时岩移造成的竖井破坏;断层附近开挖时,断层的活化,易造成或加重巷道偏压灾害;此外,巷道轴线与断层走向一致并且地应力以铅直应力为最大主应力时,最容易引起断层滑移活化导致巷道围岩产生开裂、塌方等破坏。因此,对断层活化灾害的研究可为合理的工程设计与施工以及工程设施安全性的预测预报提供依据。     

深部破碎岩体巷道围岩控制技术研究

某金矿进入深部开采后，由于围岩破碎，巷道开挖后出现了明显的变形和破坏现象，难以满足其服务期间的稳定性要求。针对这一问题，采用现场调查、数值模拟和现场试验等手段开展了研究。首先，分析了巷道变形和破坏特征，认为该矿巷道破坏表现为两帮破坏，然后发展至顶板。其次，从充分利用深部破碎岩体自承能力的角度出发，提出了马蹄形巷道设计方案，并采用数值模拟的方法分别模拟了矩形巷道，直墙半圆拱巷道，直墙三心拱巷道和马蹄形巷道的开挖过程，结果显示当采用马蹄形巷道时，能够减小围岩应力松弛区的范围，改善围岩的受力条件，极大限度地抑制了围岩的变形和破坏。再次，给出了优化的马蹄形巷道支护方案，在传统只采用顶板锚杆的基础上增加两帮锚杆和穿带，其中，顶板锚杆间距 1.5 m，两帮锚杆间距 1.0 m，排距均为 1.0 m。最后，将得到的马蹄形巷道方案应用到该矿-900 m 分段联巷的工程实践当中，结果表明马蹄形巷道施工后围岩没有发生明显的变形和破坏，取得了较好的施工效果，保证了巷道的稳定性。通过本研究可以为该种类型的深部破碎岩体巷道的围岩控制技术提供参考和借鉴。     

松软岩体的特性及井巷围岩的稳定问题

<正> 矿山工程中经常碰到的松软岩体,具有特定的岩体结构形式及介质类型,决定这类岩体中工程围岩稳定及地压显现特点的主要因素,在某种程度上并不是岩体的宏观结构面,而是由岩性所决定的力学性质及其物质组成。因此松软结构岩体不仅存在有别于其它结构岩体的性质,且其变形及地压亦具特殊的显现形式。     

论岩体力学的地质基础

岩体的力学作用和力学性质明显地受岩体结构、岩性及岩体赋存条件,特别是地应力控制着。因此,根据岩体结构、岩性及地应力对岩体中应力传播、岩体变形及破坏所具有的力学效应特点,可将岩体分为块裂介质、碎裂介质及连续介质等三种力学介质。岩体力学是由块裂介质岩体力学、碎裂介质岩体力学及连续介质岩体力学共同组成的力学体系。     

浅析磷矿地下工程变形破坏与岩体结构关系

通过对勉县磷矿地下工程变形破坏与岩体结构关系例证收集分析,主要影响磷矿井下巷道变形破坏是散体结构、破裂结构、层状破裂结构三种类型,并采取相应的对策。为今后面对地质条件复杂岩体中快速掘进及支护提供科学依据,为磷矿开采提供可靠的技术保障。