開挖卸荷誘致圍岩失穩機理的透明模型試驗研究

《開挖卸荷誘致圍岩失穩機理的透明模型試驗研究》是依託中國礦業大學，由許國安擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：開挖卸荷誘致圍岩失穩機理的透明模型試驗研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：許國安
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

採用透明相似材料模型試驗與理論分析相結合的方法，對開挖卸荷誘致圍岩失穩機理這一地下空間工程所面臨的關鍵科學問題進行系統研究。首先，對現有透明相似材料、三維巷道模型框架、模型載入及數據採集裝置等進行改進，建立一套較完善的透明巷道模型試驗系統。然後，針對兩種岩性（塑性軟岩和脆性硬岩）、三種埋深（300m、600m、1000m）和兩種開挖方式（爆破、機械）組成的十二種工況，分別進行巷道開挖過程的三維可視化模擬，利用光學測量方法獲得模型內部的應力場和變形場演化數據。最後，選用恰當的數學與力學理論對試驗結果進行深入分析，建立圍岩應力和變形的時空演化方程，藉此揭示開挖卸荷誘致圍岩失穩的演化規律並闡明其內在機理。研究成果可為岩體力學試驗提供一套先進科學的新方法，為建立符合實際的岩體本構模型奠定基礎，並為卸荷條件下地下空間工程的災害防治提供科學指導。

結題摘要

為直觀獲取巷道模型內部位移場在開挖過程中的演化規律，據此研究開挖卸荷誘致圍岩失穩機理這一地下空間工程所面臨的關鍵科學問題，套用透明相似材料模擬試驗技術進行了較為系統的試驗研究工作。研製了一種新型的適於模擬多種岩性的透明岩體相似材料；設計製作了一套三維透明巷道模型試驗模具和加固裝置，很好解決了在模型內部鋪設兩個正交的人工散斑面的難題；針對不同岩性、埋深和開挖方式，採用自主研製的透明岩體相似材料和試驗裝置進行了巷道開挖過程的三維可視化模擬。試驗過程中，通過一台電腦控制兩台數位相機同步巷道橫截面和縱截面的圖像序列；運用數字圖像相關分析軟體對大量圖像序列進行分析，獲得了模型內部橫截面和縱截面的位移速度場。基於試驗結果分析了開挖卸荷誘致圍岩變形破壞的演化規律，初步揭示了開挖卸荷誘致圍岩失穩的內在機理。研製的新型透明岩體相似材料及模型試驗裝置推動了透明相似材料模擬試驗技術的發展，擴大了其影響和套用範圍，為相關領域的試驗研究提供了一套先進的新方法；提出的開挖卸荷誘致圍岩失穩的機理對於進一步定量精細化研究巷道圍岩變形失穩的本質機制和進行巷道工程的最佳化設計具有較好的指導意義。