酸性環(huán)境下灰?guī)r宏細(xì)觀力學(xué)特性劣化試驗(yàn)及其工程應(yīng)用.pdf

1、我國巖溶地區(qū)分布廣泛，礦山巷道常穿越灰?guī)r地層，而在含有硫鐵礦的采區(qū)，由于原有的煤層環(huán)境被改變，礦井水常呈酸性。酸性礦井水對(duì)灰?guī)r的化學(xué)腐蝕效應(yīng)使得灰?guī)r物理力學(xué)性質(zhì)被劣化，從而對(duì)巷道圍巖的穩(wěn)定性造成一定影響。本文對(duì)灰?guī)r在酸性環(huán)境下力學(xué)性質(zhì)和細(xì)觀結(jié)構(gòu)的損傷規(guī)律、酸性環(huán)境下灰?guī)r性質(zhì)劣化對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性造成的影響、以及巷道周邊關(guān)鍵部位對(duì)酸性環(huán)境及不同側(cè)壓力系數(shù)下的細(xì)觀響應(yīng)做了系統(tǒng)的研究。主要研究內(nèi)容和成果如下：
　?、倩诤舜殴舱窦夹g(shù)，對(duì)酸

2、性環(huán)境作用前后的灰?guī)r試件進(jìn)行了核磁共振測量，得到了酸性環(huán)境下灰?guī)r內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。結(jié)果表明：酸性環(huán)境下，灰?guī)r試件的內(nèi)部孔隙有整體變大的趨勢；酸性越強(qiáng)，孔隙尺寸變化的范圍越大，次生大尺寸孔隙的生成率越高；初始孔隙率越大的巖石，其孔隙率的劣化程度也越大；相對(duì)于浸泡前，浸泡后的灰?guī)r試件的孔隙度劣化度隨pH值的減小呈指數(shù)劣化規(guī)律。
　　②基于室內(nèi)試驗(yàn)方法，對(duì)干燥狀態(tài)以及酸性環(huán)境作用后的灰?guī)r試件進(jìn)行三軸壓縮試驗(yàn)，得到了酸性環(huán)境下灰?guī)r力

3、學(xué)特性相對(duì)于干燥狀態(tài)下的劣化規(guī)律。結(jié)果表明：酸性環(huán)境越強(qiáng)，灰?guī)r試件的延性特征越明顯，峰后應(yīng)力降進(jìn)一步減少;經(jīng)pH=3、5、7作用后，除彈性模量隨pH值減小呈二次劣化，其余各力學(xué)參數(shù)相對(duì)于干燥條件下的劣化度呈線性減小的趨勢；酸性環(huán)境對(duì)灰?guī)r試件的變形參數(shù)的影響要大于其對(duì)強(qiáng)度參數(shù)的影響，對(duì)黏聚力c的影響要大于對(duì)內(nèi)摩擦角　?、刍趲r石類材料常用的PFC2D中的平行黏結(jié)模型，通過大量數(shù)值試驗(yàn)研究了單一細(xì)觀參數(shù)變化對(duì)宏觀力學(xué)特征

4、的影響，并分析了宏細(xì)觀參數(shù)之間的相關(guān)性。結(jié)合正交試驗(yàn)的方法，進(jìn)行了酸性環(huán)境下灰?guī)r細(xì)觀力學(xué)參數(shù)的標(biāo)定。主要結(jié)果表明：在進(jìn)行PFC宏細(xì)觀參數(shù)的標(biāo)定時(shí)，材料變形參數(shù)(彈性模量、泊松比)應(yīng)主要調(diào)試顆粒彈性模量和平行黏結(jié)彈性模量；應(yīng)力-應(yīng)變曲線由平行黏結(jié)法向強(qiáng)度均值和切向強(qiáng)度均值共同改變；試件裂紋分布多樣化主因是平行黏結(jié)法向強(qiáng)度和切向強(qiáng)度之間的相對(duì)關(guān)系，兩者比值在1附近時(shí)，巖樣共軛破壞，比值增大或減小均會(huì)使模型破壞模式向剪切型轉(zhuǎn)變；摩擦因數(shù)增加，

5、巖樣次生破壞面減少，但不會(huì)改變主破壞面的方向。
　?、芑谶B續(xù)-離散耦合分析的數(shù)值計(jì)算方法，對(duì)酸性環(huán)境下平行巷道的穩(wěn)定性進(jìn)行了定性研究，并對(duì)受影響較大的關(guān)鍵部位進(jìn)行了細(xì)觀響應(yīng)分析。結(jié)果表明：隨著酸性環(huán)境作用時(shí)間的延長，平行巷道中間巖柱處的塑性區(qū)會(huì)逐漸擴(kuò)展，最后貫通形成破壞；細(xì)觀耦合部位內(nèi)破裂的分布和整體連續(xù)模型中塑性區(qū)的分布相對(duì)應(yīng)；酸性環(huán)境對(duì)實(shí)際工程的影響不可忽視，應(yīng)當(dāng)采取對(duì)酸性礦井水進(jìn)行處理或加固圍巖等處理措施。
　?、輰?duì)