破裂围岩的力学行为研究

通过将圆形巷道围岩分成破裂、塑性和弹性三个区域，以及考虑岩体破裂后应变软化的现象，分别采用Hoek-Brown准则、More-Coulomb准则，进行非关联弹塑性分析，获得其应力和变形的解析解式，在破裂围岩的理论分析方面得到新的突破；通过用一系列的塑性流动与脆性跌落近似逼近峰后应变软化过程，提出了破裂围岩的软化模拟方法，并基于弹塑性理论进行围岩应力及变形分析计算；进行了巷道破裂围岩－锚杆协同锚固支护系统的试验、协同作用机理及工程应用研究，提出了适用于煤矿巷道的协同锚固技术和方法，对于实际矿山软弱巷道，进行了通过钢管混凝土单圆管拱架模型的面内加载试验，获得了拱架模型；的变形、应变、承载特性及可缩节点增阻规律；对于煤巷锚网支护系统，提出了“监测数据—围岩参数反分析—警戒值确定—预测分析—系统评价”的成套评价理论与方法。项目的研究结果可以为巷道的稳定性分析以及支护设计提供依据，丰富了深部岩石工程的理论和工程应用。 2100433B

研究项目以深埋高应力煤矿巷道围岩常常出现破裂、破坏甚至失稳，现有岩石力学理论和数值计算方法不能充分考虑和解决破裂围岩继续承载（变形、甚至破坏）的性状、以及围岩破裂破坏后如何稳定控制为背景。在认识到围岩在变形－破坏的过程中通过转移和调整应力状态及自稳形成自承结构(具有一定的承载能力)的基础上，拟根据空心岩柱试样在不同约束下的破裂后再破坏试验、高围压下巷道破裂围岩的三维相似材料模拟试验、以及实际破坏巷道围岩变形的监测分析等内容的研究，试图揭示破裂围岩的力学行为及机理，包括：破裂围岩再破坏后的强度特征、变形特征、本构理论模型、以及高围压下巷道破坏围岩的控制和稳定性评价方法等。这对于深部矿山岩石力学问题的解决及其它深部岩石工程都具有重要的理论和应用价值。

以深部高应力岩石巷道围岩破坏失稳为背景，从巷道围岩的环境和历史条件出发，以远离平衡态非线性理论为指导，采用原位监测与真三轴空心厚壁圆筒卸压试验的新方法，紧紧围绕深部巷道围岩强度衰减这一关键科学问题开展研究。通过采用原位超声波和雷达持续测试巷道围岩破裂演化过程中的强度衰减情况的研究，以及现场多次取岩芯的试验方法，研究现场高应力条件下岩体强度衰减的力学行为，准确把握深部巷道围岩破裂演化及其强度衰减的规律，阐明不同支护加固方法在围岩破裂演化过程中的作用机理；然后通过真三轴空心厚壁圆筒加卸载试验方法，真实再现巷道开挖、围岩强度衰减和支护平衡演化的全过程，选择确定三维强度的描述方法及参数，完善符合其破坏特点的三维岩石强度理论及其相应的演化动态力学模型，揭示深部巷道变形破坏的物理本质，提出具有显著成效的深部巷道围岩破坏后二次稳定控制的原理和方法。

本项目以深部高应力岩石巷道围岩破坏为背景，从巷道围岩的地质力学环境出发，以远离平衡态的非线性理论为指导，采用原位监测、物理模型试验、室内岩样试验、理论分析等相结合的方法，紧紧围绕深部巷道围岩强度衰减这一关键科学问题开展研究。通过现场原位测试，获得了深部巷道开挖后围岩破裂演化过程及深部巷道围岩稳定后强度衰减及其分布规律，并对深部巷道初始高应力状态对巷道围岩破裂范围的影响规律进行了研究；在此基础上，采用巷道围岩松动圈内外主应力差演化规律作为加卸载应力路径的实验新方法，研制了不同应力状态下的损伤破裂岩样，以卸载点的应力降低比、体积膨胀比作为损伤因子，获得了损伤岩样强度衰减以及围压对其强度衰减幅度的影响规律，建立了适合深部巷道围岩峰后强度衰减的模型，揭示了结构效应与尺寸效应对围岩强度衰减的影响以及预制节理几何参数对岩样破裂演化过程的影响机理，并针对物理模型试验中破裂岩体位移场难以量测的难题，研发了含动态裂隙岩体的高精度数字散斑相关量测技术方法。项目研究成果为深部巷道围岩稳定性控制提供了科学依据。 2100433B

隧道开挖成洞一段时间之后，围岩出现突发式滞后性破裂而引起围岩涌水突泥的现象时有发生，造成过巨大的伤亡和损失。目前对隧道围岩揭穿性涌水突泥现象研究较多，对围岩特别是裂隙性围岩滞后性破裂引发涌水突泥现象研究很少。本项目拟在广泛收集水利水电、交通和矿业等领域研究资料基础上，采用现场调研与测试、水文与工程地质分析、岩石力学试验、物理及数值模拟和岩体结构力学分析等方法，以典型隧道工程及其监测资料为基础，就高地应力、高地下水压力和爆破扰动作用下，裂隙性隧道围岩滞后性破裂和涌水突泥机理进行研究; 探索高地应力、高地下水压力和爆破扰动作用下，典型隧道围岩岩性及结构、隧道形态及尺寸与裂隙性围岩滞后性破裂特征之间的关系，揭示裂隙性围岩滞后性破裂和涌水突泥机理，为建立基于高地应力、高地下水压力和爆破扰动作用下，裂隙性隧道围岩滞后性破裂判据和涌水突泥危险性评价预测理论和方法奠定基础。