《高應力三軸加卸載條件下的硬岩破裂機制研究》是依託東北大學，由劉建坡擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高應力三軸加卸載條件下的硬岩破裂機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉建坡
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
深部地下工程中的岩體處於高地應力狀態，在開挖過程的加卸載擾動作用下，岩體內裂紋不斷累積擴展、貫通直至形成巨觀破裂，進而引發失穩災害的問題日益突出。針對深部岩體破裂機制這一科學問題，項目擬採用高精度聲發射定位監測技術開展一系列高應力加卸載條件下硬岩的常規三軸和真三軸實驗，研究岩石在加卸載過程中特別是峰後破壞階段的微裂紋時空演化規律和群集特徵；藉助Visual C++和AutoCAD系統開發的3-D顯示平台，基於矩張量理論分析岩石內部不同破裂機制的微裂紋時空分布特徵，揭示微裂紋破裂類型、滑移方向及相互作用機制與最終岩石失穩破壞的內在聯繫，總結不同應力路徑下岩石微裂紋破裂機制的差異性，建立基於矩張量理論的硬岩破裂機制分析方法；最後，將研究成果套用於深部采場開採擾動作用下的礦柱聲發射監測研究。本項目的開展將為高地應力開挖擾動岩體破裂機制研究和地壓災害監測技術套用提供理論指導和技術支撐。
結題摘要
深部地下工程中的岩體在開採擾動作用下內部裂紋不斷累積擴展、貫通直至形成巨觀破裂，進而引發失穩災害的問題日益突出。針對深部岩體破裂機制這一科學問題，本項目採用高精度聲發射定位監測技術開展不同載入條件下的岩石破壞試驗，研究岩石在載入過程中的微裂紋時空演化規律和群集特徵，總結不同應力路徑下岩石微裂紋破裂機制的差異性，建立基於矩張量理論的硬岩破裂機制分析方法，得到如下結論：（1）對目前常用的聲發射定位算法進行了分類總結，採用自回歸模型和赤池信息準則判斷聲發射信號的初動時間，提出一種基於最小二乘法的聲發射源組合定位算法，有效地解決了疊代法的初始值問題，保證算法的收斂並且提高疊代算法的收斂速度。經過斷鉛實驗和不同岩樣聲發射定位實驗驗證，發現微破裂（聲發射源）定位精度良好；（2）綜合岩石失穩破壞理論、地球物理學理論、矩張量理論、彈性波理論等多種理論，基於聲發射定位技術，開發了聲發射震源機制的矩張量分析程式。同時，基於AutoCAD二次開發了3-D顯示程式，實現了聲發射定位事件的三維顯示，對不同震源機制的聲發射事件進行劃分。通過開展岩石拉伸試驗和剪下試驗，驗證了該方法的可靠性；（3）開展了不同條件下的岩石破壞聲發射試驗，以聲發射定位和震源機制研究為基礎，研究微裂紋時空演化規律及應力遷移規律。通過分析不同破裂機制微裂紋所占比例的變化情況，研究了不同破裂模式的微裂紋之間的相關作用機制及與巨觀裂紋貫通過程之間的內在關係。同時，總結了基於矩張量理論進行震源機制分析的影響因素；（4）在室內試驗研究的基礎上，採用微震監測技術對紅透山深部采場回採全過程圍岩穩定性進行了監測，總結了深部采場開採擾動條件下微震活動衰減規律，分析了爆破前後微震事件多參數變化規律，系統研究了採空區規模和微震參數之間的定量關係，考慮岩體應力分布和演化規律，結合現場巷道破壞特徵，研究采場周圍不同區域圍岩破裂差異性和發生不同失穩破壞的可能性，對不同區域巷道提出具有針對性的現場支護方案。本項目研究成果為深部開採擾動岩體破裂機制研究和地壓災害監測技術套用提供理論指導和技術支撐。
