【摘 要】
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深部围岩所处应力状态复杂,不仅有来自上覆岩体的自重力,而且还受到周边岩体所带来的侧向压力,给巷道爆破开挖工作带来了巨大的考验,因此亟需掌握深部围岩在动态荷载下的响应规律,为井下巷道掘进爆破参数优化提供理论基础。为研究深部围岩的动态力学特性,本文结合大红山铜矿《巷道掘进爆破残药控制关键技术研究》课题项目,选取370水平巷道围岩中变质灰岩作为研究对象,通过常规单轴冲击试验和三维动静组合加载冲击试验、数
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深部围岩所处应力状态复杂,不仅有来自上覆岩体的自重力,而且还受到周边岩体所带来的侧向压力,给巷道爆破开挖工作带来了巨大的考验,因此亟需掌握深部围岩在动态荷载下的响应规律,为井下巷道掘进爆破参数优化提供理论基础。为研究深部围岩的动态力学特性,本文结合大红山铜矿《巷道掘进爆破残药控制关键技术研究》课题项目,选取370水平巷道围岩中变质灰岩作为研究对象,通过常规单轴冲击试验和三维动静组合加载冲击试验、数值模拟等方法,研究加载应变率、轴向静压、围压对深部围岩动态强度、应力-应变曲线、破坏形态以及能量耗散规律等动态力学性能的影响。主要研究结论如下:（1）在常规单轴冲击试验中,变质灰岩的破碎程度随加载应变率的增加而明显加剧。岩石破碎形态受加载应变率影响,当加载应变率为17s-1时,岩石破碎程度较低或不发生破坏,当加载应变率为26s-1～56s-1时,破碎体主要呈柱状劈裂结构及锥形体结构,破坏模式为典型张拉破坏,当加载应变率为增加至68s-1时,锥形破碎体与小粒径破碎体数量明显增加,表明岩石试样逐渐由张拉破坏向剪切破坏过渡;（2）常规单轴冲击试验中,加载应变率影响岩石试样破碎块度的分形特征,当加载应变率为28s-1、34s-1、56s-1、68s-1时,其分形维数分别为1.73、1.82、2.24与2.31;加载应变率与分形维数呈正相关,但分形维数随加载应变率增加的速率逐渐放缓,二者符合函数关系 Df=-1.536e-4ε2+0.028ε+1.062;（3）从能量的角度解释了岩石试样在常规单轴冲击条件下破坏的原因,能量密度越大,岩石破坏程度越严重;岩石的能量密度具备明显的应变率相关性,变质灰岩的能量密度随应变率呈线性增长趋势;（4）在三维动静组合加载试验中,在围压一定的情况下,轴向静压在22.49～40.2Mpa范围内,变质灰岩的弹性模量、组合抗压强度随轴向静压的增大呈现出增大后减小的趋势,在轴向静压为34.4Mpa、围压为8Mpa时达到最大弹性模量68.68Gpa与最大组合抗压强度177.36Mpa;在固定轴向静压的情况下,岩石的弹性模量、组合抗压强度与围压呈正相关趋势;（5）在三维动静组合加载试验中,变质灰岩表现出吸收能量与释放能量两种状态。随着轴向静压的增加,围压为2Mpa、4Mpa、6Mpa与8Mpa时,岩石的能量密度范围分别为1.81～-0.72J/cm3、2.24～-0.41 J/cm3、2.52～-0.14J/cm3 与 2.68～0.19J/cm3,呈减小趋势,反映试样逐渐由吸能状态过渡至释放能量状态;（6）在原有HJC模型参数的基础上计算得出适合本文的HJC参数,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对变质灰岩常规单轴冲击试验进行了数值模拟,形象的展示了不同时间节点下岩石的内部应力状态与破坏过程;通过微裂纹密度法定量表征子弹冲击速度为3.68m/s、7.42m/s、9.26m/s、12.78 m/s 与 14.98m/s 时变质灰岩石的损伤值 d 分别为 0.02、0.14、0.35、0.53 与 0.64。
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