岩石分区碎裂化现象研究

试图从现场观测、实验室模拟、理论分析3个角度系统地研究分区碎裂化现象。首先对深部巷道围岩应力状态、声波波速、应变、钻屑量的现场观测数据进行分析,研究巷道围岩是否压密区和松弛区相间出现;然后通过天然岩石和石膏的实验室模拟手段来研究分区碎裂化现象;最后对岩石分区碎裂化的发生机制进行定性分析,在此基础上采用对径压缩公式重新推导岩石分区碎裂化发生的条件公式。

岩体产生分区碎裂化现象机理分析

分析了巷道围岩的弹塑性应力场,得出了等效应力变化曲线,说明巷道的开挖在围岩中产生了峰值应力,求出了支撑压力区的应力分布状态[1];分析了岩石分区碎裂化现象的形成机理,说明了支撑压力区的劈裂破坏是岩石分区碎裂化现象产生的必要条件;将支撑压力区的应力情况采用对径压缩公式进行调整推导出岩石分区碎裂化发生的条件公式,得出岩石分区碎裂化现象的出现不仅与深度有关而且也取决于岩石的力学参数。

高地应力围岩分区碎裂化的时间效应分析和相关参数研究

本文阐述了高地应力围岩分区碎裂化现象的形成需要经过一定的时间,但这段时间不会很长;采用蠕变理论对岩石分区碎裂化的时间效应进行了分析;推导了能够描述加速蠕变阶段的流变模型—改进的西原模型的本构方程和蠕变方程,在此基础上求出了岩石分区碎裂化发生时破裂带半径(破碎带距巷道中心的距离)的公式。

深部巷道围岩分区破裂化弹塑脆性分析

考虑围岩在空间轴对称受力状态下弹性、塑性、脆性状态的转化,提出了深部围岩分区破裂化现象是围岩在特定条件下拉伸破坏与脆性张裂破坏不断重复的结果。分析了巷道围岩的弹塑性应力场,说明了支撑压力线处的环状连续拉伸破坏是分区碎裂化产生的必要条件,并给出了拉伸破坏处的半径公式。结合Griffith强度准则,推导了围岩由弹性状态转化为脆性张裂破坏的半径关系式,以此来确定破裂区范围。实例计算结果表明,破裂带的宽度和位置都与现场实际观测结果吻合较好。