深部巖體分區(qū)破裂形成機制的模型試驗與分析研究.pdf

1、這些年來，深部地下洞室工程在地下工程中所占的比重越來越大，對于深部洞室中的各種巖石破裂現(xiàn)象的研究也有了新的發(fā)現(xiàn)。在高地應力，高溫，大擾動等復雜情況下，深部巖體破壞出現(xiàn)了與淺部巖體截然不同的破壞現(xiàn)象，其中，分區(qū)破裂現(xiàn)象十分引人關(guān)注。本文結(jié)合國家自然科學基金項目，以淮南礦區(qū)丁集煤礦深部巷道為工程背景，基于模型試驗相似理論，依托自主研制的大型真三維地質(zhì)力學模型試驗系統(tǒng)，通過多個不同工況的地質(zhì)力學模型試驗研究不同洞室形態(tài)、不同地應力加載方向和含

2、有夾層等因素對分區(qū)破裂破壞模式的影響，對研究分區(qū)破裂的影響因素及形成機制有十分重要的意義。本文的研究工作和相關(guān)結(jié)果如下:
　　 (1)自主研制了高地應力真三維加載模型試驗系統(tǒng)，最大壓力加載值為31.5Mpa，可用于同步、獨立地向模型施加三軸高地應力。
　　 (2)開展了預留洞室軸向壓縮破壞的模型試驗，發(fā)現(xiàn)軸向高地應力下的洞室圍巖出現(xiàn)了多條間隔破壞線，驗證了軸向高地應力是導致產(chǎn)生分區(qū)破裂的重要因素。
　　 (3)在

3、圓形、城門洞形、矩形等不同洞形條件下進行模型試驗，均再現(xiàn)了分區(qū)破裂現(xiàn)象。得出:在動力開挖下，初始最大主應力平行于洞軸方向且其量值超過1.5倍圍巖的抗壓強度是深部洞室圍巖產(chǎn)生分區(qū)破裂的重要條件;分區(qū)破裂縱向裂紋與巷道軸線基本平行;分區(qū)破裂的范圍與洞形和洞室尺寸密切有關(guān)，洞室尺寸越大，分區(qū)破裂范圍就越大;分區(qū)破裂形狀與洞形無關(guān)，在不同洞型條件下，圍巖分區(qū)破裂最外邊界的形狀均為近似的圓形;相鄰兩破壞區(qū)的平均半徑之比在1.3～1.4之間，基本符

4、合√2的模數(shù)關(guān)系，即ri=√2ri-1（i=1，2，3，4），其中i為破裂區(qū)的編號，r0為巷道的半徑或?qū)挾取?br>　　 (4)試驗得到含有夾層的模型在動力開挖且平行于洞軸方向的初始最大主應力超過1.5倍圍巖的抗壓強度時會出現(xiàn)分區(qū)破裂。
　　 (5)通過初始最大主應力平行和垂直洞軸方向條件下的模型試驗，發(fā)現(xiàn)初始最大主應力垂直于洞軸向時，模型出現(xiàn)塑性松動圈破壞區(qū)，不會出現(xiàn)分區(qū)破裂現(xiàn)象。
　　 (6)基于應變能密度理論進行