深部工程围岩间隔断裂化机制数值研究

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深部能源与矿产资源的安全、有效开发、交通运输工程的不断建设以及深部地层空间的利用是关系到我国国民经济持续发展和国家能源战略的重大问题。随着地下工程开采深度的不断增加,由于埋置深度、原岩构造应力等的差异,深部工程灾害日趋增多,如矿井冲击地压、巷道围岩大变形等。对深部资源的安全高效的利用造成巨大的威胁。因此,深部岩体工程所产生的岩体力学问题成为国内外研究的焦点。深部岩体由于“三高”(高地应力、高温度、高渗透压)以及含能特点,进行工程作业时,会出现一些不同于浅部特征的新的科学现象。其中最令人关注的问题就是俄罗斯学者发现的“间隔断裂化现象”(Zonal Fracturing)。岩体的间隔断裂化,与传统的对硐室围岩破碎状态的理解大相近庭,极大地改变了人们对岩体性质的认识,也影响着深部巷道的设计和支护理论。本文主要是针对深部岩体围岩特有的工程地质力学特征,在对现有深部工程开挖本构模型理论进行了细致的描述的基础上,通过对比计算,选取了合适的计算模型。根据岩体结构类型和工程岩体分级标准的划分原则,对块状和节理岩体进行研究。再综合考虑影响深部岩体力学性能的原岩应力、洞室半径、强度参数和变形参数等因素,对深部岩体间隔断裂化现象进行模拟与分析。具体研究内容如下:1)分析了深部地下工程围岩的地质结构、工程经历特征,根据地下工程岩体破裂力学理论,判别出岩体力学峰后应变软化机制是深部工程围岩间隔断裂现象产生的内在原因之一。2)基于建立的岩体峰后应变软化机制数值模型,通过数值试验的监控,得出了天然应力场大于围岩单轴抗压强度是导致深部工程围岩间隔破裂现象的关键因素。3)通过基于FLAC软件为工具的数值模拟试验,得出了深部工程围岩物理、力学参数,几何参数等与围岩间隔断裂现象发生、扩展和规模的关系与控制作用。4)建立适用于深部节理岩体的间隔断裂化模型。考虑节理本身倾角的改变,得到倾角的改变与间隔断裂现象的发生及分布形态的关系。
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