梯度應(yīng)力路徑下加-卸荷巖爆試驗(yàn)及顆粒流模擬研究.pdf

1、隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)資源和生存空間的需求越來越大，大規(guī)模深部礦產(chǎn)資源的開采，超深隧道的開挖，以及國防防護(hù)工程對(duì)深部地下工程的要求，必將進(jìn)一步加深地下工程深化。然而，巖爆是伴隨著深部工程常見的一種災(zāi)害，隨著工程埋深的增加或應(yīng)力水平的增高，我國地下工程的巖爆呈頻發(fā)趨勢(shì)。越來越多的人開始對(duì)發(fā)生巖爆的機(jī)理進(jìn)行研究，但由于巖爆發(fā)生環(huán)境的復(fù)雜性，對(duì)巖爆機(jī)理的研究還不夠成熟，因而，對(duì)發(fā)生巖爆機(jī)理的研究具有重要的意義。
　　論文在高等學(xué)

2、校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金（20110143110017）的支持下，通過室內(nèi)自制巖爆模擬試驗(yàn)裝置，對(duì)1000mm×400mm×600mm大尺寸高強(qiáng)度石膏試件進(jìn)行梯度應(yīng)力路徑下不同圍壓卸載試驗(yàn)，以及PFC2D數(shù)值模擬，系統(tǒng)研究了梯度應(yīng)力路徑對(duì)巖爆的影響。論文主要工作與研究成果如下：
　?。?）通過單軸與常規(guī)三軸試驗(yàn)，對(duì)不同配比石膏試件力學(xué)特性進(jìn)行試驗(yàn)，選取了具有中等巖爆傾向的水膏比為0.7的配比試件作為巖爆試件。巖爆模擬試驗(yàn)結(jié)果表明：

3、在梯度應(yīng)力路徑作用下，高圍壓卸載與低圍壓卸載試驗(yàn)在出現(xiàn)巖爆破壞時(shí)，卸載面附近的測(cè)點(diǎn)應(yīng)變均出現(xiàn)突變，破壞主要發(fā)生在卸載面附近；但由于高圍壓卸載，在加載過程中，對(duì)能量有一個(gè)積蓄過程，在卸載前，裂紋擴(kuò)展相當(dāng)較慢，而低圍壓卸載由于初始階段就開始卸載，隨著加載，裂隙不斷擴(kuò)展，能量不斷釋放，最后破壞時(shí)高圍壓卸載出現(xiàn)的巖爆烈度要高于低圍壓卸載試驗(yàn)；低圍壓卸載由于裂隙不斷的產(chǎn)生，最后破壞時(shí)相對(duì)高圍壓卸載試驗(yàn)提前，承載強(qiáng)度也有所降低。
　?。?）通

4、過PFC2D對(duì)數(shù)值模型材料細(xì)觀參數(shù)進(jìn)行反復(fù)調(diào)試，得到模型試件的宏觀參數(shù)與室內(nèi)模型宏觀參數(shù)基本吻合。通過對(duì)室內(nèi)模型試驗(yàn)兩種加載方案進(jìn)行數(shù)值模擬，并與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，結(jié)果有較好的一致性。數(shù)值模擬結(jié)果表明：高圍壓卸載巖爆更具有突發(fā)性，烈度要高于低圍壓卸載；兩方案發(fā)生巖爆部位主要集中在卸載面中下部，且高圍壓卸載出現(xiàn)巖爆破壞部位要低于低圍壓卸載。數(shù)值模擬結(jié)果還表明巖爆的發(fā)生是一個(gè)漸進(jìn)破壞的過程，裂隙的產(chǎn)生以及貫通是巖爆的發(fā)生前提。
　?。?/p>

5、3）在PFC2D梯度應(yīng)力路徑對(duì)巖爆影響分析研究中，設(shè)計(jì)了7種應(yīng)力路徑進(jìn)行加卸載分析研究，分析了梯度應(yīng)力路徑對(duì)巖爆烈度、巖爆破壞范圍、以及發(fā)生巖爆最大切向應(yīng)力等影響。結(jié)果表明：1）不同的梯度應(yīng)力路徑對(duì)應(yīng)巖爆烈度有較大的影響，其中均布應(yīng)力加載所表現(xiàn)出巖爆的烈度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過梯度應(yīng)力加載；2）隧道開挖半徑越大，應(yīng)力梯度范圍也越大，此時(shí)對(duì)應(yīng)發(fā)生巖爆的應(yīng)力路徑曲線坡率越小，發(fā)生初始巖爆所需巖爆最大切向應(yīng)力會(huì)變小；3）應(yīng)力梯度路徑的變化對(duì)卸載面所發(fā)生巖