《加卸載路徑下岩體軟化特性研究》是依託中國礦業大學，由張強擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：加卸載路徑下岩體軟化特性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張強
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
項目以深部煤炭開採過程中高應力巷道圍岩的破壞失穩為背景，以巷道開挖過程中，圍岩不同方向加卸載應力路徑下的峰後力學特性為目標，採用室內試驗與理論分析的方法，緊緊圍繞岩體峰後破裂過程中的力學回響、變形特性開展研究。通過岩石試樣軸向載入和環向卸載試驗，獲得在不同應力水平、不同應力路徑下，岩石峰後軟化段的強度、彈性參數和擴容特性；通過結構面切向載入試驗和法向卸載試驗，獲得在不同應力水平、不同應力路徑下，結構面峰後軟化過程中的剪下強度、剛度和法向剪脹特性；然後基於連續介質理論，研究峰後段岩石、結構面的強度-變形耦合機理，建立能反映加卸載路徑的岩體軟化彈塑性耦合力學模型，為正確預測圍岩變形、最佳化支護結構參數及正確、客觀評價圍岩穩定性提供理論基礎。
結題摘要
岩土類材料在低圍壓時都呈現一定的應變軟化特性。針對應變軟化模型理論分析中某點的材料參數與應力和變形存在耦合效應、有限元數值計算中蜂后軟化段塑性修正回映算法不穩定兩個難題開展研究。 （1）對目前使用較為廣泛的Mohr-Coulomb準則和Hoek-Brown準則進行了修正。修正後的強度準則不僅考慮了中間主應力的影響，而且保證了其在應力空間為光滑、連續的函式形式，並採用八種岩石三軸試驗數據對修正準則進行了驗證，結果表明研究修正後的模型具有更高的真三軸強度擬合精度，能夠更合理表征岩石空間強度面。 （2）在應變軟化岩體的解析研究中，峰後點的材料屬性與圍岩塑性變形存在著耦合效應，基於彈脆塑性岩石力學模型有閉合解的特點，對傳統的應變軟化模型進行簡化，建立了多階脆塑性逼近形式的應變軟化力學模型(MBPM)，即：假定處於塑性狀態的岩體是由多個區域足夠小的環帶組成的，在每個環帶內材料參數是均質恆定的。在每個區域內由彈塑性理論和圍岩邊界條件可獲得圍岩應力和變形解析式，由每個環帶內材料參數對應的軟化因子可以得到一個再破壞補充方程，從而得到完整的閉合解表達式。針對常規方法對再破壞補充方程組的求解存在一定的困難，提出了一種各環半徑遍歷搜尋求解方法，通過算例分析對既有半數值解進行對比，亮著具有良好的一致性，結果表明該方法是正確有效的。 （3）在有限元數值計算方面採用基於脆性跌落過程中最小主應力不變的假定，並編制了有限元應變軟化計算程式。通過三軸壓縮算例驗證了程式的正確性。最後將上述研究成果套用於圓形洞室和水電廠房硐室的開挖分析。結果表明，在圓形洞室開挖模擬中，數值結果與解析解具有很好的一致性。在地下廠房硐室開挖研究中，分析了不同本構模型對圍岩變形與塑性區的影響。數值模擬計算過程表明，所給出的算法具有良好的計算收斂性和穩定性。 （4）所獲得的理論和數值計算方法，在多個軟岩煤礦巷道穩定性分析中進行了套用，計算獲得的破裂區範圍與測試結果基本吻合，並基於此設計了巷道錨噴網支護設計方案，取得了良好的支護效果。
