含能岩石(体)卸载渐进破坏及影响因素试验研究

The unloading failure is a frequently encoutered problem which are desiderate to solve in the excavation of deep rock mass. Because of the high geostress compression state, the surrounding rocks of deep-buried engineerings posses many characteristics that significantly different from that of the shallow-buried rocks. The energy storage nature remarkablely influences the progressive unloading failure of deep rock mass. Specifically, the initial stress state, the unloading velocity and the physical properties of rock mass are the key factors which determine the progressive failure process. The further research on the progressive unloading failure process of deep rock mass and its main influence factors is of great pracctical importance. In order to meet the practical needs, we attempts to reveal the progressive unloading failure mechanics of deep rock mass by laboratory experiments. Laboratory testing with different initial stress, unloading velocities and rock types will be carried out, based on which the rational method to recover the initial stress will be developed and the influence of the main factors will be revealed quantitatively. The strength mobilizing of rock during the progressive failure process will be studied with emphasis to reveal the space-time evolution regularity of key parameters.In order to investigate the influence of physical properties, a new frictional material, which can store energy by being compressed, will be selected as succedaneum of deep rock mass to conduct progressive failure tests. The project is expected to further deepen the insight into the unloading failure mechanics of deep rock mass, and guide the engineering practice.

开挖卸载导致的围岩非线性变形破坏是所有深部地下工程亟需解决的共同难题，对其进行深入的研究具有重要意义。深部岩体作为一种具有初始状态的地质材料，在长期的受压条件下，在微观水平上集聚和储存了可观的能量。作为能量源的岩石的容能非常显著的影响了卸载渐进破坏过程。含能岩体在卸载过程中，初始应力水平、卸载速率和岩石本身的性质共同影响了其变形破坏的时空演化。 本项目拟通过开展岩样加、卸载破坏试验，对含能岩石初始应力状态及含能特性对其卸载破坏过程的影响进行研究，提出合理的初始应力模拟方法；通过卸载试验分析岩样卸载破坏的渐进演化过程，揭示卸载速率、岩石物理力学性质对渐渐破坏过程特征参数的影响及其物理机制，探索破坏滞后时间和体积扩容的演化规律；研发含能内摩擦型卸载破坏试验相似材料，深入研究物性参数对卸载渐进破坏过程的影响。 该项目研究将进一步加深对深部岩体卸载诱发工程灾变孕育演化规律的认识。

深部岩体作为一种具有初始状态的地质材料，在长期的受压条件下，在微观水平上集聚和储存了可观的能量。作为能量源的岩石的容能非常显著的影响了卸载渐进破坏过程。本项目通过理论分析和试验研究的方法，对含能岩石初始应力状态及含能特性对其卸载破坏过程的影响进行研究，主要工作如下：.（1）基于缺陷处应力集中的假设，建立了较低应变率情况下缺陷处应力集中的演化方程，分析了具有初始应力岩石（体）卸载过程中局部应力的时空演化过程，分析了缺陷尺度、初始应力和卸载速率三个主要因素的影响。该模型考虑了卸载的时间效应和岩石的非均质含能特性，可以解释岩石的卸载拉伸破坏现象。.（2）基于相似理论，推导了蠕变问题、与时间相关的破坏等时效变形破坏过程的时间相似关系，分析了开挖前后围岩边界的应力位移变化情况，揭示了现有加载边界条件的主要误差来源及难以适应深部环境模拟的原因，根据位移和应力的等效计算了边界等效刚度，将碟簧引入加载框架，研制了弹性边界的新型加卸载系统，实现了深部岩体边界条件更准确地模拟。.（3）研制了两种新型相似材料。对松香胶结相似材料的物理力学性能进行了系统研究，分析了其物理力学性能随各影响因素的变化规律，得出了各物理力学参数线性回归方程，提出了简便易行的容重和弹模强度比调节方法和固体废弃物的回收方法；通过正交试验，对偏硅酸钠胶结相似材料的基本物理力学性能进行了系统的测试，揭示了其物理力学性能随各影响因素的变化规律。.（4）采用研制的新型松香基相似材料建造模型，通过弹性边界加载系统加载初始应力，实现了不同地应力条件下开挖卸载扰动诱发围岩变形破坏过程（板裂、岩爆、大变形和分区破裂现象）的模拟，并监测了围岩灾变发生发展过程中的压力、应变变化规律及洞壁收敛和破坏情况，揭示了含能岩体中卸载诱发渐进破坏的规律。相关成果可以为深地下工程灾害防控提供支撑。