深部巖體分區(qū)破裂化機(jī)理研究.pdf

1、隨著全球經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，世界各國對各種礦產(chǎn)資源的需求量均日益增加，埋藏于淺層的礦產(chǎn)資源已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人類的需要，各國對資源的開采活動不斷向地層深部延伸。雖然目前人類對淺層的地下工程有了一系列完整的研究成果，但是由于深部巖體在高地應(yīng)力作用下，其變形破壞機(jī)理與淺部巖體有很大的不同，出現(xiàn)了許多淺部巖體中從未見過的破壞形態(tài)，引起了世界各國學(xué)者的廣泛關(guān)注。在南非金礦、俄羅斯礦山、中國淮南煤礦等深部巖體工程中，人類采用多種物理手段探測發(fā)現(xiàn)，深部巷

2、道(洞室)圍巖的破壞會出現(xiàn)破裂區(qū)與非破裂區(qū)交替出現(xiàn)的分區(qū)破裂化現(xiàn)象。這種在深部巖體中才會出現(xiàn)的力學(xué)現(xiàn)象，僅僅依靠傳統(tǒng)的經(jīng)典巖石力學(xué)理論已經(jīng)不能對其進(jìn)行圓滿的解釋。鑒于深部巖體表現(xiàn)出的非連續(xù)和非協(xié)調(diào)的變形特征，本文采用非歐幾何理論對深部巖體分區(qū)破裂化機(jī)理進(jìn)行了研究。本文所做的主要工作如下：
　　 ①建立了適用于深埋圓形巷道圍巖較為完整條件下的非歐幾里德幾何模型，包括非靜水壓力下的平面應(yīng)變問題和考慮軸向應(yīng)力作用兩種不同情況。在研究非

3、靜水壓力作用下的平面應(yīng)變問題時(shí)，為了便于推導(dǎo)，將其分解為兩種相對簡單的小問題進(jìn)行分析，最后對其進(jìn)行疊加而得到了巷道圍巖中的應(yīng)力場分布。另外，考慮到軸向應(yīng)力對深部巖體分區(qū)破裂化現(xiàn)象的影響是不容忽視的，還得出了軸向應(yīng)力影響下的圍巖中應(yīng)力場的解析解形式。通過具體的算例，與已有的室內(nèi)模型試驗(yàn)進(jìn)行對比，驗(yàn)證了模型的正確性。
　　 ②建立了非靜水壓力作用下裂隙圍巖的非歐幾何模型。該模型考慮了原生裂隙的存在對深埋圓形洞室圍巖分區(qū)破裂化現(xiàn)象的影

4、響，分析了在均布裂紋條件下深部洞室圍巖的破壞模式以及判定方法。另外，通過具體算例，討論了各種巖體力學(xué)參數(shù)和非歐幾何參數(shù)對深部巖體分區(qū)破裂化現(xiàn)象的影響，并對其規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)。
　　 ③建立了深埋圓形巷道圍巖中含有均布三維裂隙條件下的非歐幾何模型。在這個模型中，計(jì)入了沿洞室軸線方向地應(yīng)力的影響因素，分別分析了裂隙的受拉破壞與受壓破壞，最后提出了圍巖破壞的判定標(biāo)準(zhǔn)。通過具體算例分析總結(jié)了深部巖體的分區(qū)破裂化現(xiàn)象的規(guī)律。