《礦山高圍壓土體卸載孔隙水壓力激增致災機制》是依託中國礦業大學，由張改玲擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：礦山高圍壓土體卸載孔隙水壓力激增致災機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張改玲
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以深部地下工程建設與資源開發過程中高圍壓土體卸載為背景，以土體卸載體縮及孔隙水壓力增加現象為研究對象，以孔隙水壓力的增加導致弱結構面劈裂致災為探索目標，採取礦區厚鬆散層深部的原狀土樣及重塑土樣進行不同應力路徑、不同因素變化條件下的三軸高圍壓卸載試驗，探討各因素對卸載時孔隙水壓力變化規律的影響，研究高圍壓下土體卸載孔隙水壓力、土體變形和強度的相互關係，討論高圍壓卸載條件下Skempton孔隙水壓力方程是否適用，建立土體卸載孔隙水壓力與土體變形和強度定量關係式；研究高圍壓土體卸載微觀機理；對高圍壓土體卸載過程中孔隙水壓力、變形和強度的變化進行模擬分析，與現場資料和試驗結果進行對比，建立高圍壓卸載條件孔隙水壓力變化致災機制理論模型。探討孔隙水壓力變化導致礦山災害發生的機制，為有效防治礦井深部土體重大安全事故和保障礦工生命安全提供理論支撐。
結題摘要
本項目致力於解決的關鍵科學問題：（1）高圍壓卸載條件下孔隙水壓力與土的變形和強度變化機理及影響因素、高壓卸載孔隙水壓力方程的建立。（2）高圍壓下土體卸載體縮孔隙水壓力激增導致深部土體工程地質災害的發生機制。 經過四年的研究，通過調研、高壓三軸卸載試驗、微觀分析方法，通過採取原狀土樣、選取典型級配的重塑土樣，進行了高壓環境下的原狀土和重塑土的三軸試驗，研究了卸載過程中孔隙水壓力、應力應變等變化的特點，並對試驗前後的土樣進行電子掃描電鏡、CT試驗觀察等微觀分析，獲得了微孔結構及分布特徵。 主要成果有： （1）獲得了三種卸載方式（保持圍壓不變直接卸載軸壓、保持圍壓不變等待孔隙水壓力穩定後再卸載軸壓、載入圍壓固結後保持軸壓不變直接卸載圍壓）圍壓、卸載時間、卸載比、土樣類型對孔隙水壓力的影響。 （2）對重塑砂土進行了（a）不同圍壓下的等P壓縮剪下試驗、（b）不同圍壓下的等卸載比剪下試驗、（c）相同圍壓不同卸載比剪下試驗、（d）不同圍壓下的等載入比剪下試驗、（e）循環加卸載剪下試驗5種應力路徑下的高壓固結不排水剪下試驗研究了不同應力路徑下重塑砂土卸載條件下的孔壓和變形特性。試驗表明，存在臨界固結壓力（3MPa～4MPa）使孔壓-應變及孔壓-應力變化規律發生改變。 （3）對砂土卸載圍壓過程力學行為的數值模擬表明，孔壓總體上是逐漸增加的，只是孔壓隨軸向位移增大而增大的幅度不同。 （4）研究了在高圍壓下，卸載速率、圍壓以及土樣性質對飽和黏土的應力應變、孔隙水壓力等力學特性的影響，試驗獲得了不同卸載速率對土樣應力應變特性的影響特點，存在一個“轉換卸載速率”；孔壓隨軸向應變的發展存在一個“拐點”，在“拐點”前孔壓隨軸向應變增長快，在“拐點”後增長速率變慢。 （5）分析了卸載孔隙水壓力與土體變形和強度之間的關係，結果表明高圍壓卸載條件下Skempton孔隙水壓力方程的適用性。 （6）利用環境掃描電鏡、吸附解吸儀、CT等研究了卸載試驗前後的微觀結果變化，探討了不同的卸載方式、不同的土樣，呈現出的不同微觀結構特徵。 （7）研究了粗砂和細砂同一壓差不同圍壓條件下、同一壓差逐級載入圍壓下與直接載入條件下和同一圍壓不同壓差條件下高圍壓下的滲透特徵及其機理。 土樣高壓卸載條件下孔隙水壓力變化以及其他力學行為，為深厚鬆散土層地質災害產生機制研究、監測方法選擇、預防措施採取等提供了科學基礎。
