化學(xué)腐蝕作用下巖爆相似材料力學(xué)性能及開(kāi)挖卸模型試驗(yàn)研究.pdf

1、隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及實(shí)際工程的需要，地下工程向深部高應(yīng)力區(qū)發(fā)展已成為必然趨勢(shì)。巖爆是深部高應(yīng)力區(qū)地下工程的施工過(guò)程中的重要威脅，給施工人員和設(shè)備安全帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。巖爆發(fā)生的機(jī)理極為復(fù)雜，其應(yīng)力過(guò)程既有加壓也有卸壓，而巖體在加載和卸載條件下是兩種完全不同的應(yīng)力路徑下，表現(xiàn)出的力學(xué)特性亦有本質(zhì)的區(qū)別。由于大尺寸天然巖樣的采集、加工和試驗(yàn)加載等條件限制，直接進(jìn)行較大尺寸巖樣試件的試驗(yàn)存在諸多困難。因此，進(jìn)行室內(nèi)物理模擬研究有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

2、模擬試驗(yàn)對(duì)巖爆機(jī)理的研究和預(yù)測(cè)具有非常重要的作用，它既能使巖爆過(guò)程在室內(nèi)再現(xiàn)，又利于分析巖爆發(fā)生時(shí)應(yīng)力和應(yīng)變的變化特征。相似材料的選取以及材料能否準(zhǔn)確的反映實(shí)際巖體的力學(xué)性能是模型試驗(yàn)成功的關(guān)鍵因素。由于地下水在實(shí)際工程中存在的廣泛性，且水中往往伴有化學(xué)離子的存在，使地下水溶液呈現(xiàn)不同的酸堿性，從而影響巖體的力學(xué)性能。本文基于上述情形，制備了巖爆相似材料，以及化學(xué)腐蝕作用下巖爆相似材料的動(dòng)靜態(tài)力學(xué)性能，并開(kāi)展深部巷道開(kāi)挖模型試驗(yàn)。為深部

3、巖體工程的施工、設(shè)計(jì)和支護(hù)提供參考。
　　首先，選取細(xì)砂、水泥、石膏和水為相似原材料，根據(jù)正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)方法，以摻砂率、石膏水泥比和含水率為3個(gè)因素，每個(gè)因素設(shè)4個(gè)水平，設(shè)計(jì)16組配比方案，測(cè)定其力學(xué)性能，以沖擊能量指數(shù)和抗壓抗拉強(qiáng)度比為判定指標(biāo)，選取滿足巖爆相似材料的配比。其次，按選取的巖爆相似材料配比制作高度為20mm、直徑為40mm的圓柱體試件和高為125mm、直徑為61.8mm的圓柱體試件，分別在SHPB裝置和液壓壓力機(jī)下測(cè)

4、定其動(dòng)態(tài)和靜態(tài)力學(xué)性能。并將上述試件分別置于PH=2和PH=4的化學(xué)溶液中養(yǎng)護(hù)，待養(yǎng)護(hù)60d和90d后再分別測(cè)定其動(dòng)靜態(tài)力學(xué)性能。再次，基于選取的巖爆相似材料配比，開(kāi)展深部巖體開(kāi)挖卸荷模型試驗(yàn)。本文研究得到如下結(jié)論：
　　1、細(xì)砂、水泥、石膏和水為理想的相似原材料，原材料易獲取且力學(xué)性能穩(wěn)定，能較好的模擬巖爆傾向巖體。
　　2、通過(guò)對(duì)相似材料試件力學(xué)性能的測(cè)定并對(duì)各個(gè)指標(biāo)的極差分析，得出各指標(biāo)對(duì)相似材料力學(xué)性能的貢獻(xiàn)效應(yīng)圖。

5、
　　3、基于matlab程序編制多元線性回歸方程，以摻砂率、石膏水泥比和含水率為自變量，得出密度、沖擊能量指數(shù)、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和抗壓抗拉強(qiáng)度比與相似材料配比含量的關(guān)系，擬合得出各自的回歸方程。
　　4、化學(xué)腐蝕作用下，相似材料的動(dòng)靜態(tài)抗壓強(qiáng)度均降低，酸性越大強(qiáng)度越低?；瘜W(xué)溶液養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長(zhǎng)，強(qiáng)度越低。加載速率越大，動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度越大。
　　5、模型試驗(yàn)在化學(xué)腐蝕作用后的開(kāi)挖卸荷過(guò)程中，卸荷速率越大，破壞越為明顯；地應(yīng)