梯度應力路徑下加-卸荷巖爆試驗及顆粒流模擬研究.pdf

1、隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對資源和生存空間的需求越來越大，大規(guī)模深部礦產(chǎn)資源的開采，超深隧道的開挖，以及國防防護工程對深部地下工程的要求，必將進一步加深地下工程深化。然而，巖爆是伴隨著深部工程常見的一種災害，隨著工程埋深的增加或應力水平的增高，我國地下工程的巖爆呈頻發(fā)趨勢。越來越多的人開始對發(fā)生巖爆的機理進行研究，但由于巖爆發(fā)生環(huán)境的復雜性，對巖爆機理的研究還不夠成熟，因而，對發(fā)生巖爆機理的研究具有重要的意義。
　　論文在高等學

2、校博士學科點專項科研基金（20110143110017）的支持下，通過室內(nèi)自制巖爆模擬試驗裝置，對1000mm×400mm×600mm大尺寸高強度石膏試件進行梯度應力路徑下不同圍壓卸載試驗，以及PFC2D數(shù)值模擬，系統(tǒng)研究了梯度應力路徑對巖爆的影響。論文主要工作與研究成果如下：
　?。?）通過單軸與常規(guī)三軸試驗，對不同配比石膏試件力學特性進行試驗，選取了具有中等巖爆傾向的水膏比為0.7的配比試件作為巖爆試件。巖爆模擬試驗結(jié)果表明：

3、在梯度應力路徑作用下，高圍壓卸載與低圍壓卸載試驗在出現(xiàn)巖爆破壞時，卸載面附近的測點應變均出現(xiàn)突變，破壞主要發(fā)生在卸載面附近；但由于高圍壓卸載，在加載過程中，對能量有一個積蓄過程，在卸載前，裂紋擴展相當較慢，而低圍壓卸載由于初始階段就開始卸載，隨著加載，裂隙不斷擴展，能量不斷釋放，最后破壞時高圍壓卸載出現(xiàn)的巖爆烈度要高于低圍壓卸載試驗；低圍壓卸載由于裂隙不斷的產(chǎn)生，最后破壞時相對高圍壓卸載試驗提前，承載強度也有所降低。
　?。?）通

4、過PFC2D對數(shù)值模型材料細觀參數(shù)進行反復調(diào)試，得到模型試件的宏觀參數(shù)與室內(nèi)模型宏觀參數(shù)基本吻合。通過對室內(nèi)模型試驗兩種加載方案進行數(shù)值模擬，并與室內(nèi)試驗結(jié)果對比，結(jié)果有較好的一致性。數(shù)值模擬結(jié)果表明：高圍壓卸載巖爆更具有突發(fā)性，烈度要高于低圍壓卸載；兩方案發(fā)生巖爆部位主要集中在卸載面中下部，且高圍壓卸載出現(xiàn)巖爆破壞部位要低于低圍壓卸載。數(shù)值模擬結(jié)果還表明巖爆的發(fā)生是一個漸進破壞的過程，裂隙的產(chǎn)生以及貫通是巖爆的發(fā)生前提。
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5、3）在PFC2D梯度應力路徑對巖爆影響分析研究中，設計了7種應力路徑進行加卸載分析研究，分析了梯度應力路徑對巖爆烈度、巖爆破壞范圍、以及發(fā)生巖爆最大切向應力等影響。結(jié)果表明：1）不同的梯度應力路徑對應巖爆烈度有較大的影響，其中均布應力加載所表現(xiàn)出巖爆的烈度要遠遠超過梯度應力加載；2）隧道開挖半徑越大，應力梯度范圍也越大，此時對應發(fā)生巖爆的應力路徑曲線坡率越小，發(fā)生初始巖爆所需巖爆最大切向應力會變小；3）應力梯度路徑的變化對卸載面所發(fā)生巖