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高地应力区结构性流变围岩稳定性研究

刘高  
【摘要】: 复杂条件下地下硐室及其围岩的稳定性历来受到关注,尤其是高地应力区、较为破碎的围岩,在高强度采动作用下的地下巷道,如金川矿区,巷道变形破坏非常严重且持续时间长,巷道挖掘、支护和维护难度大。由于这类围岩显示出显著的流变性,以前的研究者多基于岩石流变观点,用连续介质流变理论来研究围岩的流变性及巷道变形破坏的时间相关性;而对其岩体结构,则认为是确定的和固定不变的。工程实践表明,这些研究尚未能揭示围岩变形破坏本质,基于这些研究而采取的支护措施,效果不甚理想。 本文主要针对金川地下巷道,根据大量的现场调研以及丰富的试验、测试和监测资料,同时查阅并参考了国内较多类似地下工程的资料,发现这类高应力区较破碎的坚硬或较坚硬围岩的流变性及其它相关特征,不是由岩石变形引起,而是由结构面的时间相关性变形所致。据此,提出围岩结构性流变的观点。结构性流变(structural rheology)是指在高应力区完整性差的坚硬或较坚硬岩体内,由于工程开挖,结构面依应力状态而发生一系列复杂的时间相关性力学行为和力学响应,使工程岩体表现出显著流变的现象或过程,文中,利用多种实测资料,从围岩应力、围岩位移、围岩压力和巷道变形破坏的时间和空间分布特征以及弹性波速度的变化特征,论证了围岩动态过程中,结构面随时间而发生变化,导致围岩产生强烈的流变和其它相关特征。并用这些资料,讨论了围岩的结构性流变的动态特征、机制和模式,也给出了结构性流变的理论解析解和数值计算结果。基于围岩结构性流变的认识,在金川二矿区1198分段,选择了变形破坏严重、支护难度较大的巷道作为试验巷道(50m),以进一步研究高应力区结构流变围岩及其工程对策。试验巷道的成功,证明本文对围岩结构性流变及其本质的认识是正确的,也说明基于围岩动态本质及结构性流变观点,找到彻底解决金川(型)地下巷道支护难题的工程措施是可能的。 结构性流变观点从动态上和本质上认识岩体及其变形破坏,突破了关于岩体结构及其特征的静态认识,研究结果也可为同类型复杂条件下的地下工程研究及支护所借鉴和参考。


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