渗流-裂隙耦合作用岩体蠕变损伤特性及巷道稳定性控制研究

来源 :辽宁工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:duxiaoqingdu
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深部岩体多为节理裂隙发育的非均质岩体,并常附加高地应力高渗透水压及开采强扰动等长时效属性,在多重因素影响下深部工程软岩极易出现变形,导致围岩变形失稳,造成支护结构破坏失效,且软岩在多种耦合场作用下变形破坏机理不清、难以预测和有效控制。因此,亟需弄清高应力场及渗流场耦合作用下裂隙岩体力学行为演化规律,确定出诱发岩体蠕变变形失稳启动及加速的应力条件,揭示深部岩石工程围岩的时效变形及细观失稳机理,研究成果将具有极为重要的科学价值和广泛工程应用前景,对指导超深矿井工程的围岩加固设计、灾害防治和安全生产具有重要的工程意义。本文在国家自然科学基金(51774166)的支持下,开展了砂岩常规三轴试验、相似材料模型试验和GDS软岩蠕变试验,研究了砂岩力学性能劣化和蠕变损伤规律;基于相似准则理论和均匀相似理论,确定出单裂隙类砂岩相似材料参数及模型;结合连续介质损伤力学理论、应变等价性原则及分数阶微积分原理,建立了砂岩统计损伤本构模型和新型分数阶损伤蠕变本构模型。主要取得了如下研究成果:(1)开展不同条件下的砂岩力学特性试验,获得砂岩应力-应变曲线,确定了砂岩基本物理力学参数以及砂岩力学性能损伤劣化演化规律,建立砂岩损伤本构模型。(2)通过相似材料模型试验,确定与原型砂岩接近的相似材料种类及配合比,并获得单裂隙试件参数与模型。(3)对单裂隙类砂岩试样进行渗流作用下蠕变试验,获取蠕变试验曲线,分析蠕变试验裂隙参数的敏感性;基于损伤力学理论,建立了新型分数阶损伤蠕变本构模型,并进行数值求解与验证。(4)基于砂岩损伤软化本构模型,利用FLAC3D软件进行数值模拟,分析了深部马头门硐室围岩与支护结构破坏规律,将数值求解计算结果与马头门支护结构受力情况及现场支护结构实际破损区域进行综合对比分析。综上研究成果,从原理上解释了砂岩力学性能损伤和砂岩蠕变变形规律,为深部地下开采结构稳定性提供科学依据,为丰富和扩展软岩蠕变规律提供理论和应用基础。该论文有图44幅,表14个,参考文献83篇。
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