化學(xué)腐蝕作用下巖爆相似材料力學(xué)性能及開挖卸模型試驗研究.pdf

1、隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展以及實際工程的需要，地下工程向深部高應(yīng)力區(qū)發(fā)展已成為必然趨勢。巖爆是深部高應(yīng)力區(qū)地下工程的施工過程中的重要威脅，給施工人員和設(shè)備安全帶來了巨大的挑戰(zhàn)。巖爆發(fā)生的機理極為復(fù)雜，其應(yīng)力過程既有加壓也有卸壓，而巖體在加載和卸載條件下是兩種完全不同的應(yīng)力路徑下，表現(xiàn)出的力學(xué)特性亦有本質(zhì)的區(qū)別。由于大尺寸天然巖樣的采集、加工和試驗加載等條件限制，直接進行較大尺寸巖樣試件的試驗存在諸多困難。因此，進行室內(nèi)物理模擬研究有獨特的優(yōu)勢。

2、模擬試驗對巖爆機理的研究和預(yù)測具有非常重要的作用，它既能使巖爆過程在室內(nèi)再現(xiàn)，又利于分析巖爆發(fā)生時應(yīng)力和應(yīng)變的變化特征。相似材料的選取以及材料能否準(zhǔn)確的反映實際巖體的力學(xué)性能是模型試驗成功的關(guān)鍵因素。由于地下水在實際工程中存在的廣泛性，且水中往往伴有化學(xué)離子的存在，使地下水溶液呈現(xiàn)不同的酸堿性，從而影響巖體的力學(xué)性能。本文基于上述情形，制備了巖爆相似材料，以及化學(xué)腐蝕作用下巖爆相似材料的動靜態(tài)力學(xué)性能，并開展深部巷道開挖模型試驗。為深部

3、巖體工程的施工、設(shè)計和支護提供參考。
　　首先，選取細(xì)砂、水泥、石膏和水為相似原材料，根據(jù)正交設(shè)計試驗方法，以摻砂率、石膏水泥比和含水率為3個因素，每個因素設(shè)4個水平，設(shè)計16組配比方案，測定其力學(xué)性能，以沖擊能量指數(shù)和抗壓抗拉強度比為判定指標(biāo)，選取滿足巖爆相似材料的配比。其次，按選取的巖爆相似材料配比制作高度為20mm、直徑為40mm的圓柱體試件和高為125mm、直徑為61.8mm的圓柱體試件，分別在SHPB裝置和液壓壓力機下測

4、定其動態(tài)和靜態(tài)力學(xué)性能。并將上述試件分別置于PH=2和PH=4的化學(xué)溶液中養(yǎng)護，待養(yǎng)護60d和90d后再分別測定其動靜態(tài)力學(xué)性能。再次，基于選取的巖爆相似材料配比，開展深部巖體開挖卸荷模型試驗。本文研究得到如下結(jié)論：
　　1、細(xì)砂、水泥、石膏和水為理想的相似原材料，原材料易獲取且力學(xué)性能穩(wěn)定，能較好的模擬巖爆傾向巖體。
　　2、通過對相似材料試件力學(xué)性能的測定并對各個指標(biāo)的極差分析，得出各指標(biāo)對相似材料力學(xué)性能的貢獻效應(yīng)圖。

5、
　　3、基于matlab程序編制多元線性回歸方程，以摻砂率、石膏水泥比和含水率為自變量，得出密度、沖擊能量指數(shù)、抗壓強度、抗拉強度和抗壓抗拉強度比與相似材料配比含量的關(guān)系，擬合得出各自的回歸方程。
　　4、化學(xué)腐蝕作用下，相似材料的動靜態(tài)抗壓強度均降低，酸性越大強度越低。化學(xué)溶液養(yǎng)護時間越長，強度越低。加載速率越大，動態(tài)抗壓強度越大。
　　5、模型試驗在化學(xué)腐蝕作用后的開挖卸荷過程中，卸荷速率越大，破壞越為明顯；地應(yīng)