《深部硬岩開挖卸荷的動態回響機理研究》是依託中南大學，由李夕兵擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：深部硬岩開挖卸荷的動態回響機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李夕兵
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目針對深部硬岩礦山工程的動態卸荷過程，綜合運用理論分析、室內實驗測試、數值仿真和現場試驗等手段進行了研究。首先，基於彈性動力學和數學物理方法等理論，構建動態開挖卸載的數學物理模型，同時反映工作面圍岩應力和位移的時程變化和遠場卸荷擾動的波形特徵；在此基礎上開展考慮不同卸載速率的高應力岩石真三軸卸載試驗，實時監測岩石的動力回響、裂紋擴展和聲發射特徵，揭示高應力動態卸載下岩石的破壞力學特性和破裂機理；結合深部岩體開挖卸荷數值模擬實驗，再現不同卸荷工況下的圍岩破壞特徵和卸荷擾動效應，獲得采動影響下深部岩體的動態應力路徑演化規律，闡明開挖過程的能量反饋特徵和儲存-釋放機制；最後進行現場試驗,將試驗結果與理論分析和數值模擬對比分析，從而揭示深部硬岩開挖卸荷的動態回響機理。本項目將為深部岩體工程的災害控制、工程斷面形狀設計、支護方式和開挖方式優選等提供理論依據。
結題摘要
深部岩體在開挖過程中，不僅要承受高地應力，還受到開挖卸荷等動力擾動的作用，這種卸荷擾動使得深部圍岩表現出與淺部岩體不同的力學特性。然而，現有研究主要關注的是深部岩體開挖前後應力狀態的改變對圍岩力學特性的影響，較少關注卸荷過程的影響。基於此，本項目綜合運用理論分析、數值模擬和室內試驗等研究手段，對深部高應力硬岩的動態開挖卸荷過程進行了深入研究。主要研究工作和結果如下：（1）研究了深部高應力硬岩巷道開挖卸荷的動態回響機理，建立了巷道動態開挖卸荷的數學物理模型，分析了卸載速率、卸載路徑、地應力水平、側壓力係數和巷道截面形狀的影響；結果表明，高地應力的快速卸荷會激起顯著的動態效應，非線性卸荷引起的動態回響大於線性卸荷引起的；研究結果能夠為深部巷道開挖設計提供理論依據。（2）研究了深部巷道在含結構面岩體中開挖引起的圍岩破壞機理，分析了結構面參數和側壓力係數的影響；研究結果為深部巷道在含非連續結構面岩體中的開挖設計提供了科學指導。（3）在深部誘導致裂的指導思想下，研究了非爆開挖卸荷下高應力硬岩的力學特點和破裂機理，分析了掘進速度、開挖高度和預裂隙的影響；結果表明，可以通過調整掘進速度、控制開挖高度和添加預裂隙等方法誘導高應力岩體破裂，從而實現非爆機械化連續開採的科學構想。（4）開展了高應力硬岩的真三軸卸載試驗，分析了試樣高寬比和中間主應力的影響；結果表明，隨著試樣高寬比的減小和中間主應力的增加，試樣破壞模式由剪下破壞向板裂化破壞轉變，這揭示了深部開挖工程中板裂化岩爆的發生機理。（5）研究了開挖卸荷擾動和爆破擾動對鄰近巷道的作用機理，分析了卸載速率、爆破波參數和地應力的影響，提出了深部巷道動態破壞的判斷準則；研究結果從能量演化的角度揭示了深部巷道的動態破壞機理，為深部巷道的動力支護設計提供了理論依據。
