金川二矿区深部岩石力学性及岩石流变损伤分析

【摘要】： 随着社会对资源需求的不断增大以及科技的进步,采矿工程已由上部开采逐渐转向深部。深部岩体工程有着“三高”的特征：高地应力、高温、高渗透。深部岩体的特征与浅表部有着很大的差别,表现在：岩体的流变特性更加显著；荷卸时会出现膨胀脆碎、裂隙扩展等物理力学现象——引起原处于高压缩状态的岩体节理或裂隙张开、扩展贯通,从而使开挖扰动区内的岩体力学性质发生明显改变。地下水是诱发地下工程灾害的一个活跃因素,其可从微细观层面上改变岩土介质的矿物组成与结构,使其产生空隙、溶洞及溶蚀裂隙等,增加其孔隙度,影响其渗透率与孔隙压力,进而改变其强度和刚度等宏观力学性质。水是造成其损伤的一个重要原因,有时它比外在力学因素造成的损伤更为严重。 本文结合金川有色公司重大科技攻关课题：“金川高应力软弱矿岩条件下的岩层控制与贫矿开采”,对金川深部岩石力学性质进行了研究。主要研究内容和结论如下： (1)进行工程地质调查,在金川二矿区深部采集岩石样本,试验测定岩样的物理力学性质。 (2)通过金川超基性岩的膨胀实验,发现其遇水软化,内部产生膨胀应力,产生较大的变形,造成岩石抗压、抗剪强度和弹性模量降低。 (3)通过对上部岩石和深部岩石力学性质的常规试验结果对比得出：深部岩石力学性质与上部比较存在显著差异。通过双扭常位移松弛法对金川矿区岩石进行了亚临界裂纹扩展和断裂韧度测试实验,测得的1gKI-1gV关系呈良好线性关系,但在同一应力水平上,水能加速亚临界裂纹扩展。 (4)引入同时考虑岩石瞬弹、瞬塑、粘弹和粘塑特性的数据处理方法,采用分级增量循环加卸载方式,进行岩石蠕变试验和水化条件下蠕变实验,以研究岩石的粘弹塑性特性。引进西原蠕变模型并加以改进,提出了一种非线性黏性体本构关系,建立了适应于矿区岩石特性的流变模型。 (5)用RYL-600微机控制岩石剪切流变仪对岩样进行循环加卸载实验,并用超基性岩进行饱和水循环加卸载实验,对其结果进行损伤能量分析；通过对岩石蠕变加卸载应力应变曲线进行损伤分析,发现蠕变加深了岩石损伤,使得围岩的稳定性降低。