深部花岗岩CSIRO地应力测量中高压双轴加卸载试验及非线弹性分析模型

为了消除深部岩体非线性特性对CSIRO方法地应力测量误差,通过室内三轴压缩试验等手段,提出一种平均应力与体积模量和剪切模量之间的非线性双曲线模型,模型参数具有明确的物理意义,且线性只是非线性关系中特例。在进行高压双轴加卸载试验时,研发了一套高压双轴加载试验装置以模拟解除岩芯的高压环境。将非线性双曲线模型用于CSIRO解除岩芯的平均应力与应变之间的非线性关系特征方程中,与传统线性方法处理数据进行了误差对比,所提出的非线性方法具有更高的精度。加入参数k1消除环氧树脂胶对计算带来的误差,且k1对体积模量和剪切模量不敏感,可以用分段线性拟合的方法确定。     

基于非线弹性CSIRO地应力测量技术及应用

在地下工程的中尤其深部工程,地应力是指导开挖的重要参数之一,因此,地应力测量工作至关重要.CSIRO地应力测量法是国际岩石力学学会推荐的地应力测量方法之一.针对三山岛金矿深部巷道近千米花岗岩钻机取芯,精密加工成标准圆柱试件,进行单、三轴压缩试验,获取霍克布朗-准则强度准则曲线,重点设计单岩样多围压阶梯弹性段加载试验.通过试验数据计算获得岩石弹性模量和泊松比等物理力学参数,引入体积模量K和剪切模量G等变形参量,且随平均应力不断增大成非线性变化的关系,应用双曲线函数模型建立变形参量与平均应力的本构关系■.公式中K_0/G_0为初始变形模量,K_0/G_0+1/a为平均应力无限大时趋近值,1/b为变形模量初始增长率,三参数都具有明确的物理意义.基于此公式推导考虑岩石非线弹性变形特征的CSIRO地应力测量法中高压双轴公式,通过三山岛金矿深部花岗岩解除岩芯高压双轴加载试验验证此公式的适用性.     

基于特征应力点提出围岩爆破前后损伤比例公式

目前大多数隧道采用的是爆破掘进,炸药爆炸后的冲击应力会对隧道围岩造成不同程度的损伤。隧道围岩的损伤积累会降低围岩强度进而会影响岩体稳定性。岩石的破坏过程在微观上是内部缺陷微裂隙发展、传播、贯通,但岩石的内部微裂隙损伤难于直观观测。笔者通过室内岩石三轴压缩破坏试验和声发射特征试验所获得岩石加载过程的特征应力点判断岩石内部微裂隙发展阶段。特征应力点有裂隙初始应力—原岩损伤强度、爆破应力—凯塞点强度、裂隙贯通应力(长期强度)—原岩强度、抗压峰值强度。基于对围岩破坏过程的特征应力点的研究,提出了围岩爆破前后的损伤比例公式,量化了隧道爆破后围岩相对于原岩的损伤程度。     

滑坡速度倒数法预测模型加速开始点识别及临滑时间预测研究

对矿山或自然土质和岩质边坡而言,大多数滑坡预报都是基于边坡变形三阶段蠕变理论,并根据临滑前加速变形阶段即开始加速点(onset of acceleration,OOA)之后的位移进行滑坡时间预测研究。在分析S-SAR型边坡雷达连续监测的位移后,发现以OOA作为速度倒数法(inverse velocity method,INV)分析的开始点(starting point,SP),所预测的滑坡时间具有一定滞后性。基于变形速度随机变量在斜坡处于匀速变形阶段时服从正态分布特征,提出一种应用正态分布置信区间来动态识别SP位置的方法。通过将S-t坐标系统一量纲后转换成T-t坐标系,建立一种T-lgt的滑坡时间预测模型,此模型应用SP位置后的位移数据可以效提高滑坡预测时间准确性。     

基于分段解除的深部空心包体应变计中非线性优化算法

随着浅部资源的日益枯竭,地下开采的深度不断增大,千米级乃至更深的矿产资源开采已成为常态。因此弄清深部岩体原岩应力的赋存环境是至关重要的,目前CSIRO地应力测量作为国际岩石力学学会建议直接测量方法,在世界各地广泛使用。在浅部岩体空心包体应变计地应力测量解析式中,弹性模量和泊松比都是通过室内双轴加载数据拟合获得的常数。进入深部岩体表现出高度的非线性,在对解除岩芯进行高压双轴加卸载试验中发现围压与应变的关系非线性,并且随着围压不断增大非线性关系尤为突出。传统的双轴加载试验设备最大围压加载值试验室内测得20 MPa,不能满足深部岩体解除岩芯的高压双轴试验模拟解除岩石在深部所受的应力环境。因此对传统的设备进行改造,研发了一套高压双轴加载试验装置,所承受的理论最大径向压力为200 MPa以上,目前试验测试的最大围压为100 MPa。对三山岛金矿埋深800 m的解除岩芯进行了高压双轴加卸载试验,分析应力与应变的关系提出一种平均应力与体积模量和剪切模量之间的非线性双曲线模型,明确了模型中3个拟合参数的物理意义,推导出平均应力与应变之间的非线性关系特征公式。基于弹性力学理论原岩应力分量计算在不考虑解除路径时,应用最小二乘法进行计算后获得最大主应力大小为53. 11 MPa,西北312°,倾角为8°。本文提出的考虑解除路径的优化算法,将整个解除过程分成多个阶段,每个阶段的变形模量计算参数与解除岩芯所受应力状态有关,且符合推导的应力与应变的非线性关系公式,各个阶段叠加计算的最大主应力大小为47. 78 MPa,西北311°,倾角为5°。