多场耦合作用下深井围岩的动力响应和细观机理研究

多场耦合的地质条件是深井开采的重要特征。动力荷载是引发煤矿安全事故的主要原因之一。本课题围绕深井围岩在温度-渗流-应力-化学-损伤耦合作用下的动力响应问题，通过自行研制完善的养护箱模拟深井多场耦合的复杂环境，采用RMT-150岩石力学系统和SHPB实验装置开展多场耦合下深井围岩的动静态力学性能试验，并利用SEM 设备对围岩的细观结构及其受载过程中裂纹的扩展过程进行观测，实验研究多场耦合下深井围岩的动力损伤演化机制、变形破坏规律的应变率效应及各耦合因素的耦合强度；基于损伤力学、热力学、渗流力学和实验结果建立多场耦合下深井围岩石的动态耦合模型，并采用数值计算方法，分析深井巷道围岩多场耦合的动力响应过程。本课题针对深井开采的工程地质特点，采用宏细观试验、理论分析和数值模拟相结合的方法，研究多场耦合下深井围岩的动力效应，为深井围岩的稳定性及其支护技术提供参考，因而具有良好的应用价值和学术研究意义。

深部岩体工程是近年来研究的热点，也是工程建设和资源开采必须克服的难点问题。本项目围绕深井围岩在温度-应力-化学-损伤多场耦合作用下的动力响应问题，开展了多场耦合作用下岩体的准静态、动态和细观实验和数值模拟分析，研究了多场耦合作用下岩体受力变形特性及深部巷道变形和支护技术。研究结果表明：（1）多场耦合对岩石的力学性能具有较大的影响。在多场耦合环境下，尤其在酸性条件，岩体的准静态、动态及细观力学性能均受较大的影响，强度均下降。（2）多场耦合环境不仅能影响岩石的强度，还能明显改变岩石的破坏形态。（3）多场耦合对高强岩石力学性能的影响表现为明显的时效性和应变率效应。多场耦合作用时间越长，岩体的性能下降越明显；应变率越高，岩体的动态强度越高。化学溶液中浸泡时间越长，强度降低更显著。（4）研究表明，多场耦合作用对围岩动态性能的影响原因，可归结于化学溶液、渗流等因素对岩体晶粒的物理化学反应，改变岩石的微观结构。项目培养了多名青年教师、研究生等人才、发表多篇学术论文，为国家和社会发展创造良好的社会经济效益。