《開挖加卸荷誘發深部巷道岩爆機理研究》是依託昆明理工大學，由周宗紅擔任項目負責人的地區科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：開挖加卸荷誘發深部巷道岩爆機理研究
- 項目類別：地區科學基金項目
- 項目負責人：周宗紅
- 依託單位：昆明理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
岩爆是高地應力區地下工程開挖卸荷產生的動力現象，其力學機制極其複雜，目前，對卸荷誘發岩爆機理還不清楚。本項目提出從應力擾動誘發微破裂導致巷道岩爆發生的本質出發，以異軸加、卸荷為力學模型，採用加卸荷岩體力學特性實驗、相似材料模擬、現場微震監測和背景應力場分析等手段，研究深部巷道岩爆孕育的力學機制和前兆模式，建立異軸加卸荷本構模型和破壞準則。查明微破裂萌生、發展、連通的演化過程，探求岩體加卸荷變形破壞特徵及觸發岩爆的力學機制；明確岩體微觀結構特徵、礦物組分與岩爆的關係，揭示岩爆孕育的微觀力學機理；從背景應力場的角度反演微震活動規律，探索岩體開挖加卸荷應力場演化與岩爆孕育過程中微震活動性的內在聯繫，尋求背景應力場演化、微震活動性與加卸荷之間的聯繫，建立新的岩爆預測前兆理論模型。本研究可揭示岩爆的力學機制，認清開挖加卸荷引發岩爆的機理，弄清岩爆發生條件和物理過程，為礦山岩爆的預測提供科學依據。
結題摘要
本項目提出從加、卸荷誘發岩爆發生的本質出發，研究深部巷道岩爆孕育的力學機制和前兆模式。基於礦山深部微震監測結果，提取微震時空分布信息數位化信息。採用數值分析軟體，構建礦山三維模型，開挖與實際工程相似的巷道、硐室模型，模擬分析應力、位移、微破裂的形成和擴展過程，從應力場演變的角度分析岩爆的孕育過程，建立新的岩爆預測前兆理論模型。微震監測與數值模擬結果對比表明：微震事件大多分布在礦體下盤，即應力場變化較為劇烈的區域，而應力場變化較小的區域微震事件也少。 進行增軸壓同時卸圍壓實驗，研究岩體異軸加卸荷條件下的變形、破壞和強度特徵及其破壞機制。試驗結果表明：（1）快速卸荷下呈現劈裂破壞，而較慢速卸荷下呈現張剪性破壞。卸載速率越快，岩石脆性破壞越強，發生岩爆的可能性越大；（2）岩石加卸荷破壞與中間主應力有密切關係，建立了能較好地描述高應力條件下岩石卸荷破壞特徵的強度準則；（3）基於室內試驗結果，建立了加卸荷條件下岩體的彈脆塑性本構模型。 利用TRW-3000岩石真三軸試驗系統，對岩石和相似模擬材料進行真三軸加卸載下的岩爆試驗。試驗結果表明：（1）試樣破壞形態呈現複合破壞模式，初始應力水平越高，岩爆也越強烈；（2）位移控制加軸壓、卸圍壓試驗條件下，岩樣破壞模式主要為劈裂加剪下、主剪下破壞，其破壞特徵在卸圍壓速率相同的情況下主要與卸荷初始圍壓有關。當卸荷速率較小時，隨著初始圍壓值的增大，加卸荷破壞由拉剪破壞形式向壓剪破壞形式轉變，以壓剪破壞形式為主；當卸荷速率較大時主要表現為拉剪破壞。 利用SEM、XRD等儀器，分析岩樣典型破裂斷口細觀形貌特徵，觀察岩體的顯微結構特徵。研究表明：（1）岩體的微觀破裂表現為沿晶張拉和穿晶剪下斷裂的複合形態。岩石內部微裂紋以沿晶張拉型為主，隨卸載速率增大，破裂面的張性特性明顯。（2）有機顯微組分的力學性質以及含量決定了岩體的物理力學性質。顯微硬度和顯微脆度均較大的岩體較易發生岩爆。
