卸荷条件下大理岩力学特性试验及数值模拟研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:chenglin229
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在深部地下开采和地下工程建设当中,开挖往往会造成岩体在一个或两个方向上的卸荷,随着埋藏深度的不断增加,岩体存储的弹性能越来越高,开挖卸荷容易造成能量的突然、急剧释放,岩体失稳诱发岩爆等地质灾害,对人员、设备、工程的安全产生巨大的威胁。本文以深部岩体开挖卸荷为工程背景,开展了不同初始应力下的真三轴卸荷试验和RFPA3D数值模拟研究,分析了大理岩的力学特性和能量演化规律,分析了岩爆与能量释放之间的关系。主要研究成果如下:(1)进行了不同初始应力下的大理岩真三轴卸荷试验,分析了岩石的变形、强度、破坏特性以及声发射等参数的变化规律。研究发现:大理岩呈现典型的“塑-弹-塑”性,真三轴卸荷作用下的岩石强度相比单轴试验有所提高;岩样为板裂破坏和剪切破坏共生的模式;多类声发射参数变化趋势基本一致,卸荷作用会导致声发射数值骤升。(2)运用RFPA3D软件进行真三轴卸荷试验模拟,结果表明:岩石损伤程度与加载步呈正比,卸荷作用对岩石损伤程度的加重十分明显;岩石损伤发展的空间顺序为先孔硐(巷道)及岩石表面再到岩石内部;岩石破坏类型以剪切破坏为主,与室内力学试验相同。(3)分析了三轴卸荷能量演化规律,得出:各初始应力下试件的轴向耗散能增速呈现先增大再减小的趋势,而弹性应变能呈现先减小再增大的趋势,且在试件即将破坏时两种能量分别占总能量的50%左右;对于岩石能量演化规律而言,各初始应力下岩石轴向耗散能增速呈现先增大再减小的趋势,弹性应变能呈现先减小再增大的趋势。对于极限储能而言,其规律性较差,呈现先减小再增大的趋势,在20-30-40MPa初始应力等级下极限储能瞬间升高。
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