高圍壓條件下巖石破壞特征及強度準則研究.pdf

1、隨著地下礦山逐漸進入深部礦產(chǎn)資源開采階段，高地應力現(xiàn)象日益突出，導致進入深部開采以后巖爆、突水和采場失穩(wěn)等一系列災害性事故頻發(fā)，并且有不斷加劇的趨勢。同時，強度準則作為巖石工程設計和開挖的重要理論基礎和科學依據(jù)，高地應力條件下巖石表現(xiàn)出的非線性強度特征已經(jīng)無法用傳統(tǒng)強度準則進行準確描述和表征。
　　針對上述存在的問題，本文通過以武鋼程潮鐵礦典型的鄂州花崗巖為試驗對象，開展了巖石在不同圍壓條件下的三軸壓縮加載破壞試驗研究及強度準則理

2、論研究，主要內(nèi)容和研究成果集中在如下幾個方面：
　?。?）高圍壓條件下巖石破壞特征研究。基于鄂州花崗巖三軸試驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)巖石在高圍壓下延性破壞的具體表現(xiàn)特征為：偏應力-應變曲線經(jīng)過線彈性階段后逐漸平緩，進入塑性流動狀態(tài)，在破壞前呈現(xiàn)為一段水平線，而且圍壓越高該塑性應變越大。同時，發(fā)現(xiàn)巖石破壞形式由低圍壓下的剪切破壞逐漸向高圍壓下的剪切劈裂復合型破壞轉(zhuǎn)變，其破壞形態(tài)由低圍壓下的單一破壞斷面逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦邍鷫合碌亩嗥茐臄嗝?，其破壞斷裂?/p>

3、隨著圍壓的增加逐漸減小。并對高圍壓下巖石三軸強度特征進行了探索，定義了巖石臨界狀態(tài)圍壓的概念，推導得出：巖石在臨界狀態(tài)圍壓破壞時，σ1和σ3的差值為常數(shù)，該值不會隨著圍壓的增加而變化，巖石的臨界斷裂角為45°。通過應用鄂州花崗巖三軸試驗數(shù)據(jù)對傳統(tǒng)MC強度準則的驗證得出：該準則在低圍壓下具有較好的適用性，但是其不能反映出巖石在高圍壓下三軸強度隨圍壓增加呈非線性增加的特征；
　?。?）非線性MC強度準則的適用范圍及改進研究。研究分析了

4、非線性MC強度準則的適用范圍，并對其進行改進，提出I-MC強度準則。通過應用12種巖石三軸試驗數(shù)據(jù)驗證表明：I-MC強度準則精度高于非線性MC強度準則，且具有更廣的適用范圍。并對I-MC強度準則在真三軸壓縮條件下的應用進行了初探；
　?。?）適合高圍壓條件的巖石強度準則研究。提出了巖石雙曲線型強度準則，推導做出其在平面上的屈服曲線及其在主應力空間的屈服面。通過12種巖石三軸試驗數(shù)據(jù)驗證了雙曲線型強度準則具有較好的適用性，并對雙曲線

5、型強度準則在真三軸壓縮條件下的應用進行了初探；
　?。?）三軸壓縮條件下HB強度準則的改進研究。提出了I-HB強度準則，與HB強度準則相比，該準則具有更明顯的非線性特征，評估的巖石三軸強度精度也得到大幅度地提高。同時通過應用12種巖石三軸試驗數(shù)據(jù)驗證表明：I-HB強度準則的精度高于I-MC強度準則和雙曲線型強度準則。并對I-HB強度準則在真三軸壓縮條件下的應用進行了初探；
　?。?）幾種準則評估巖石三軸強度精度的對比研究。通

6、過將本文提出的3種巖石強度準則與目前巖石力學界認為較好的幾種強度準則進行評估巖石三軸強度的精度比較得出：I-MC強度準則、雙曲線型強度準則和I-HB強度準則均具有更高的精度，其中以I-HB強度準則評估的巖石三軸強度精度最高。
　　通過上述研究，揭示了巖石在高圍壓條件下的破壞特征和三軸強度特征，對傳統(tǒng)強度準則進行了改進研究，提出了適合高圍壓條件的巖石強度準則，旨在為深部巖石工程開挖設計以及為深部巖石力學理論體系發(fā)展提供一定的指導和理