采动岩体裂隙演化规律及破坏机理研究

【摘要】：岩体中初始裂隙的存在,使采动岩体裂隙发展过程、分布规律及其破坏规律更加复杂,在采动过程中很大程度上控制着岩体破坏形态和特征。因此,对地下工程开挖引起上覆岩体的裂隙演化及破坏机理作深入、全面的研究,有利于进一步揭示岩石破坏现象的机理和本质,推动岩石力学学科的发展。 论文采用理论研究、室内试验、数值模拟为一体的研究方法,对具有初始裂隙的岩块、采动岩体裂隙扩展演化过程进行了较为详细的分析,具体包括如下几个方面: (1)通过室内单轴压缩试验,从定量及定性角度分析了裂隙数量及裂隙面间距对试件极限强度、弹性模量的影响,给出了一定裂隙尺度下的经验公式,通过损伤力学分析,建立了单裂隙试件损伤本构模型,获得了损伤演化率与应变的关系曲线。 (2)对岩石损伤自组织过程进行研究,通过线性稳定性分析,探讨岩石的弹性极限,分析岩梁断裂演化过程,岩梁的断裂临界状态是其势能为极值的状态,而势能极值是由上覆岩层的荷载和采宽决定的,探讨了上覆岩层为对称弯曲时采宽、体积力、弹性模量、岩层厚度对岩梁断裂的影响规律。 (3)研究裂隙长度、数量、水平间距、竖向间距对岩石裂隙扩展演化及岩石破坏模式的影响,根据分维-应力曲线将岩石裂隙扩展演化过程分为五个阶段,分析不同阶段裂隙分形维数随岩块内部应力的演化特征,揭示初始裂隙几何要素对岩石裂隙分形维数的影响规律。 (4)研究具有初始裂隙的采动岩体裂隙演化过程和破坏模式,分析采动岩体裂隙分形维数随开采宽度、初始损伤量的演化特征,揭示采动岩体裂隙分维演化规律。