《水汽環境中的圍岩鬆動圈形成機理與分析方法研究》是依託大連理工大學,由唐春安擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：水汽環境中的圍岩鬆動圈形成機理與分析方法研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：唐春安
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
圍岩鬆動圈的確定，不僅對分析地下空間開挖後圍岩的穩定性至關重要，還能以此為依據確定支護參數。由於許多煤岩巷道或地下工程經常處於一種高水汽環境中，特別是對於一些遇水容易膨脹的岩石介質，水汽環境對圍岩鬆動圈的形成有重要的影響作用。本項目基於水汽環境對岩體物理力學性能弱化的基本認識，從圍岩體在載入條件下對水汽環境的力學回響入手，探索水汽環境下圍岩鬆動圈形成的主要源動力。本項目擬結合水汽等環境因素遷移相關的滲流和擴散理論及其環境損傷力學原理，建立基於環境因素遷移、損傷演化和裂紋擴展的時效力學模型，發展基於細觀力學的圍岩鬆動圈預測模型和大規模數值計算方法。通過深入探討水汽環境下圍岩鬆動圈形成過程的裂紋萌生、擴展和貫通機制及其時空演化規律，揭示形成圍岩鬆動圈現象的內在機理和探索圍岩鬆動圈的控制原理。本研究對於發展我國鬆動圈理論、推動鬆動圈理論在工程中的套用具有重要的理論與工程意義。
結題摘要
在煤炭開採、深基坑施工、邊坡開挖、交通、水工隧洞和地下洞室開挖等岩體工程中，開挖施工擾動將引起一定深度的圍岩鬆動現象，由此產生了圍岩鬆動圈概念及其相關的鬆動圈理論。高濕度環境對煤巷中鬆動圈的形成具有重要的影響作用。 本項目主要完成了如下研究工作： （1）研究了岩石中的裂紋擴展規律，提出了相應的數值計算方法，並將研究成果在數值計算模型中加以體現。 （2）結合水汽環境遷移的擴散理論、運用損傷力學力學方法，從岩石的細觀結構出發建立岩石在環境因素遷移、應力腐蝕和損傷演化相互作用下的圍岩鬆動圈理論模型，特別是確定了理論模型中的相關參數與環境因素變數、應力狀態、以及損傷等之間的關係，為後續圍岩鬆動圈分析的數值模型提供理論基礎；考慮到濕度的擴散不僅引起圍岩中的濕度隨時間和空間而變化，還會導致材料性質的變化，因而在模型中不僅考慮了濕度在岩體中的擴散過程，還表征了材料物性與濕度的聯繫。此外，還考慮了損傷對濕度擴散的影響作用，形成了濕度-應力-損傷耦合作用的數值模型。 （3）運用所建立的理論模型初步實現了相應的數值計算模型，並將其運用到實際工程濕度引起的隧洞底臌變形與破壞的分析研究中基於理論模型，初步建立了濕度擴散誘發的岩石時效變形研究的數值模型。並從應力場隨濕度擴散和裂紋萌生、擴展和貫通而變化的整個過程研究了岩石的時效變形特性。 （4）研究了不同含水狀態下軟岩變參數蠕變損傷本構關係，並根據不同含水狀態下T2b2泥質粉砂岩的單軸蠕變試驗結果，對模型蠕變參數進行反演，得到了不同含水狀態下模型各力學參數，並分析了含水率對軟岩的蠕變特性的顯著影響作用。 （5）考慮到圍岩鬆動圈的形成往往是小變形階段的破壞與大位移階段的塊體運動有關，因而在岩石破裂過程分析RFPA方法的基礎上，藉助DDA方法進行非連續大位移分析的特點，嘗試將RFPA方法與DDA方法耦合，形成了模擬岩層移動從破裂孕育到塊體運動全過程的全新分析方法。該方法可以模擬鬆動圈內岩層移動的孕育、發展和動態演化過程。 上述研究成果在國際期刊上發表論文6篇，國核心心刊物上發表論文7篇，一般期刊上發表論文5篇，其中SCI收錄6篇，EI收錄15篇，ISTP收錄2篇。
