深部洞室围岩分区破裂化条件与机理研究

Field monitoring, model test, and theoretical analysis are adopted to study the forming conditions and failure mechanisms for zonal disintegration phenomenon in surrounding rock of deep cavern. Based on the engineering background of Huainan coalfield, typical zonal disintegration failure modes of deep surrounding rock mass are researched, and the corresponding geological models are built. On the basis, three dimensional geomechanical model test system is improved, key test techniques are developed, and mechanical factors, forming conditions and evolution processes of zonal disintegration in deep surrounding rock, considering different cavern shapes, geostress states and excavation unloading conditions, are researched systematically by contrast model test. Mechanical analysis models of zonal disintegration, considering different loading conditions, are built based on nonlinear strength criterion, transfer laws of stress and characteristics of interval failure in zonal disintegration process of surrounding rock are researched, and theoretical research method of zonal disintegration of deep surrounding rock is formed through comparing test results and improving theoretical model. The research results of the project provide theoretical basis and technical guidance for surrounding rock control problem of deep cavern.

本项目针对深部洞室开挖过程中出现的分区破裂化现象，采用现场监测、模型试验与理论分析相结合的研究方法，对其产生条件及破裂机理开展研究。以淮南矿区为工程背景，研究深部洞室围岩分区破裂模式，并构建不同破裂模式所对应的地质模型。在此基础上，改进深部洞室围岩分区破裂的三维地质力学模型试验系统，研发关键试验技术，开展不同洞室形状、地应力状态及开挖卸荷方式下深部围岩分区破裂机理的模型试验，系统完整的研究围岩分区破裂化的力学成因、形成条件及孕育演化过程。基于深部岩体破坏的非线性强度准则，建立不同应力加载条件下围岩分区破裂力学分析模型，研究分区破裂化过程中围岩应力转移规律与间隔破坏特征，揭示深部洞室围岩分区破裂化机理，并通过对比试验结果补充完善理论分析模型，形成深部洞室围岩分区破裂化机理的理论研究方法。本项目研究成果将为解决深部洞室围岩稳定及控制难题提供理论依据与技术指导。

本项目以淮南矿区丁集煤矿为工程背景，采用现场监测、模型试验、理论分析、数值计算相结合的研究方法，对深部洞室围岩的分区破裂化条件与机理进行了系统研究。. 项目通过考虑现场地质条件、围岩力学特性、洞室形状大小、地应力状态、施工过程等综合因素，研究了深部洞室围岩的分区破裂模式、破裂规律及时间演化过程，建立了不同破裂模式所对应的地质模型。基于此，改进了深部洞室围岩分区破裂三维地质力学模型试验系统，研发了高应力条件下模型体表面减摩技术、断裂实时监测技术、纵向应变监测技术、内壁加压卸载技术、光纤应变量测与光栅多点位移量测技术等适用于深部洞室围岩分区破裂模型试验的成套关键试验技术，实现了模型体断裂裂缝显示、纵向应变监测、多点位移监测等试验数据的多元采集和处理。系统开展了不同洞室形状、地应力状态及开挖卸荷方式下的深部洞室围岩地质力学模型试验，全面再现了围岩分区破裂的衍生、发展及破坏过程，系统研究了深部洞室围岩分区破裂化的力学成因、形成条件及孕育演化过程，得到了模型试验中围岩分区破裂化的形成机制，建立了深部围岩分区破裂的力学分析模型，同时研究了分区破裂化过程中围岩的应力转移规律与间隔破坏特征，明确了分区破裂化机理，提出了相应的理论分析方法，为解决深部洞室围岩稳定及控制难题提供了理论依据与技术指导。. 本项目通过模型试验、理论分析、数值计算综合分析，深入系统的研究了深部围岩分区破裂化现象产生的条件及破坏机理，对明确深部围岩分区破裂化机理，形成相应的深部工程设计理论与控制对策具有重要的理论意义和工程价值。