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峨胜露采顺层高边坡灰岩与软弱夹层力学特性研究

祝凯  
【摘要】:在矿山高边坡的开采过程中,保证高边坡的稳定性是安全生产的基础,其稳定性具有至关重要的意义,而矿山的稳定性论证是建立在准确的矿区岩土体物理力学参数之上的。本文结合导师峨胜石灰石矿山露采高边坡稳定性论证与优化项目,在现场进行工程地质调查的基础上,研究矿区灰岩与软弱夹层的力学特性,通过室内试验得到了灰岩与软弱夹层的物理力学参数,同时采用颗粒流数值模拟试验,根据数值试验可知用PFC~(3D)软件模拟灰岩变形破坏过程符合其实际力学特性,且该模型具有可重复性,有效降低了试验样本差异对试验结果精确性的影响。主要结论如下:(1)相同围压条件下,随着循环次数增加,灰岩损伤不断累加,进而影响试样强度特征和变形特征,其宏观表现即为峰值强度减小、峰值强度处对应的轴向应变增大,15MPa围压条件下,加卸载循环10次后,峰值强度降低2.16%,轴向应变增加2.97%,但是变形模量随着循环次数的增加,在一定的范围内波动,变化幅度值较小,表明加卸载对变形模量的影响不显著;(2)随着循环次数的增加,试样内部损伤不断累加,导致物质内部相邻各部分之间的相互吸引力和颗粒之间的咬合力减小,内聚力与内摩擦角相应减小,抗剪强度呈现减小的发展趋势,加卸载循环15次后,内聚力下降2.7%,内摩擦角下降1.15%,在相同的循环次数和一定围压范围内,增大的围压一定程度上抑制了试样损伤的累加,循环10次条件下,围压由8MPa增加至15MPa,损伤度相比下降33.3%;(3)相同围压和相同循环次数条件下,不同起始点循环加卸载对弹性模量的影响并不大,但弹性模量呈现下降的趋势;循环起始点较小时,试样的初始破坏以轴向压破坏为主,最终破坏时裂纹分布比较均匀,随着起始循环点的增大,试样剪切破坏所占比例不断增大,剪切裂纹不断累积,最终破坏时裂纹分布中剪切裂纹所占比例相对增大,并且集中分布在主破坏面附近。(4)相同围压和相同循环次数条件下,峰值前的循环加卸载会对试样产生一定的破坏,随着循环次数的增加,试样内部会产生一定的损伤,并且内部的损伤在不断累积,损伤度在不断增大,其在宏观上的表现就是试样的峰值强度降低;循环加卸载起始点越大,其对试样强度的影响越大,其宏观表现即是峰值强度减小的速率随着循环加卸载起始点的增大而增大。(5)法向应力是影响软弱夹层应变硬化及软化特性的重要因素。较低法向应力下表现应变软化特性的试样,随含水率及法向应力的增大,试样环剪试验过程中的法位移特征表现为由剪胀为主转变为剪缩为主。环剪应变特性受法向压力和含水率的影响,法向压力越大、含水率越高,试样的应变硬化特性越明显;(6)随含水率的增加,软弱夹层的粘聚力和内摩擦角均逐渐减小;不同含水率的软弱夹层试样的残余粘聚力均小于其峰值粘聚力,而残余内摩擦角大于峰值内摩擦角。软弱夹层的粘聚力对含水率的敏感度更高,随含水率的变化,峰值粘聚力的损伤率略大于残余粘聚力,而峰值内摩擦角的损伤率略小于残余内摩擦角。


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