深部高應力硬岩脆性板裂破壞誘發機理與時空演化特徵

《深部高應力硬岩脆性板裂破壞誘發機理與時空演化特徵》是依託中南大學，由李地元擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：深部高應力硬岩脆性板裂破壞誘發機理與時空演化特徵
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李地元
• 依託單位：中南大學

項目摘要

板裂、片幫和應變型岩爆是深部高應力硬岩的常見破壞形式，特別是板裂破壞，常在圍岩最大切向應力低於甚至遠低於岩石單軸抗壓強度的情況下發生，其誘發因素和誘發機理複雜，時空演化過程尚不明確。本項目基於MTS三軸試驗平台和真三軸擾動試驗系統，開展硬岩三軸加卸載及高靜應力下的動力擾動試驗，通過應力應變分析、聲發射監測定位技術和破裂面微觀掃描分析確定硬岩在不同應力環境下的裂紋擴展模式，獲得硬岩板裂破壞和剪下破壞之間的區別和聯繫，建立硬岩板裂破壞的強度準則，揭示高應力硬岩開挖板裂破壞的誘發機理。同時，項目結合我國一些深部開採硬岩礦山，開展高應力硬岩板裂破壞現場調研，並利用電視鑽孔攝像技術確定深部硬岩硐室開挖板裂破壞的位置與範圍，通過三維數值模擬確定板裂破壞與圍岩應力和動態開挖卸荷之間的關係，探明板裂破壞的時空演化特徵和規律，為深部高應力硬岩板裂破壞的有效防治和利用提供理論基礎和技術指導。

結題摘要

隨著礦產資源開採逐漸走向深部，深部硬岩硐室在開挖後易發生板裂、片幫、岩爆等工程動力災害，嚴重威脅深部資源的安全高效開採。本項目針對深部高應力硬岩板裂破壞誘發因素和誘發機理複雜，時空演化過程不明確等問題，依託中南大學礦業工程“雙一流”學科建設平台，基於自主研發的TRW-3000型真三軸擾動試驗系統、SHPB動靜組合試驗系統和MTS815三軸試驗系統，開展了大量的硬岩三軸加卸載及高靜應力下動力擾動試驗、數值模擬與理論研究，深入揭示了深部高應力硬岩開挖誘發板裂破壞機理，獲得了加卸荷路徑和動力擾動對硬岩強度及破壞模式的影響規律，確定了硬岩板裂破壞和剪下破壞之間的區別和聯繫，建立了正交各向異性板裂屈曲岩爆力學模型並提出了控制方法，提出了三軸加卸荷下硬岩強度破壞準則，並開發了考慮中間主應力效應的岩石類材料真三軸試驗數值軟體。結合深部硬岩工程實例，將試驗研究結果反饋到深部工程現場，進行了深部高應力硬岩的微震監測、鑽孔攝像和三維數值模擬，獲得了高應力硬岩硐室開挖卸荷圍岩板裂破壞的時空演化特徵和規律，形成了深部硬岩板裂破壞的綜合防控理論與技術體系，為深部資源的安全高效開採提供了強有力的理論依據與有效的防治措施。本項目超額完成了任務書的預期目標，累計在本領域學術期刊發表標註本基金號論文39篇，其中SCI收錄15篇、EI收錄14篇，累計申請國家發明專利10項，其中獲授權國家發明專利4項、實用新型專利3項，參與制訂貴州省地方標準1項，參編教材1部，獲中國黃金協會科學技術獎一等獎2項。依託項目支撐，項目負責人先後受邀赴加拿大、新加坡、挪威、北京等地做學術報告13次，2016年項目負責人獲澳大利亞“奮進長江研究學者”獎，2017年9月晉升為教授，2018年獲湖南省傑出青年基金資助。項目培養畢業博士生1人，碩士生6人，其中3人次獲國家研究生獎學金，1人獲湖南省優秀畢業研究生，1人獲中南大學優秀碩士學位論文。