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《中南大学》 2012年
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节理岩体采动损伤演化及破坏规律研究

尚俊龙  
【摘要】:节理岩体普遍存在于矿山、隧道、公路等实际工程中。节理的存在被普遍认为是岩体的初始损伤,遍布于岩体内部不同形状、大小的节理对岩石力学特性有这十分显著地影响。已有相关研究表明,在岩土类工程灾害中,包括滑坡、隧道坍塌、井下采场冒顶等,多数都是因为岩体内部存在节理等力学薄弱面而造成的。因此,研究节理特性对岩体破坏的影响至关重要。本文以广西华锡集团铜坑矿为研究背景,开展节理岩体采动损伤及破坏规律相关方面的研究工作。 主要研究内容如下: (1)在查阅现有相关文献的基础上,综述了目前国内外节理岩体相关领域研究现状,归纳了适用于研究节理类岩体的各种理论和数值分析方法。 (2)介绍了损伤力学研究内容及主要研究方法,从不同角度归纳了描述岩体损伤变量的方法,包括面积损伤变量、弹性模量损伤变量和强度损伤变量。并分析了各种方法存在的优缺点,最终选取强度损伤变量作为本文衡量岩石损伤的标准。 (3)利用核磁共振和电液伺服岩石单轴试验机研究了岩石在不同应力荷载下损伤演化规律和宏观强度损伤特性。主要得到了以下几点结论:1)岩石内部普遍存在细小孔隙、孔洞等,当外力由小逐步变大过程中,其主要呈现出压合—新裂纹的生成和原始裂纹的缓慢扩展—裂纹的快速扩展和贯通—最终形成宏观破裂面;2)岩石内部孔隙度的变化与岩石宏观强度的变化不完全一致,当外荷载较小时,岩石孔隙度会变小,而岩石强度降低;3)以往的岩石强度的分析主要采用岩石加载破坏的形式(即有损检测),本文结合核磁共振分析结果与岩石单轴加载分析结果,建立了岩石微观孔隙变化与宏观力学强的变化的关系,进而可以达到岩石强度无损检测的目的。 (4)利用RFPA岩石真实破裂软件分析了含节理的点柱在不同应力状态下的损伤及破坏规律。主要得到了以下几点结论:1)岩石非均值特性对岩石力学特性影响显著,岩石均质度越高,其脆性越强,声发射能量越大,对外部带来破坏的可能性也越大;并且低均质度岩石(0m5)主要体现为剪切破坏模式,高均质度岩石(5m)主要体现为压溃破坏模式;岩石均质度m30时,其力学特性基本稳定。2)随着节理倾角的增大,岩石宏观强度不断降低,最大声发射能量也较小,体现为岩石节理面由压状态向拉和剪状态的转变。3)节理倾角相同时,节理数目越多,则强度也越低;节理数目相同时,倾角越大,宏观强度越低,并且岩石内部不同倾角节理共存时,大倾角节理的损伤演化对岩石最终破坏起主导作用。 (5)以铜坑矿深部锌多金属矿体首采区某采场为研究对象,利用离散单元法(DEM),研究深部节理岩体采动作用下岩体损伤破坏规律。研究结果表明,不预留点柱采场开挖至第二步(20m左右)时,因大角度节理张开而失去稳定性。通过布置2.0m×2.0m的点柱,十分有效地改善围岩应力分布状态,能够保证安全回采。同时,研究表明前期回采预留的点柱变形量明显大于后期预留的点柱尺寸,因此可以实际回采中,可以适当增大前期回采的点柱尺寸,降低后期回采的点柱尺寸,已达到相互协调的目的。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TD862.1;TU45

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【参考文献】
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