【摘要】：大量的工程實(shí)踐表明,圍巖中原有節(jié)理裂隙等不連續(xù)面在環(huán)境應(yīng)力作用下的擴(kuò)展及貫通極易引發(fā)巖體工程的失穩(wěn)破壞,而錨桿在節(jié)理巖體支護(hù)中表現(xiàn)出顯著的加固效果。因此,研究節(jié)理巖體的變形破壞特性及錨固止裂效應(yīng),對(duì)于巖體工程的穩(wěn)定控制具有十分重要的意義。本文依托江蘇省杰出青年基金項(xiàng)目(BK20150005)和國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(51734009),針對(duì)節(jié)理巖體穩(wěn)定性控制這一科學(xué)問(wèn)題,采用室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬、理論分析和工程實(shí)踐相結(jié)合的方法,從節(jié)理巖體的變形破壞特性和錨桿加固止裂效應(yīng)兩方面展開(kāi)研究。主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)論如下:(1)采用類巖石材料制備含斷續(xù)節(jié)理組試樣模型,通過(guò)伺服壓力機(jī)對(duì)含不同節(jié)理組傾角的斷續(xù)節(jié)理的類巖石試樣進(jìn)行單軸壓縮實(shí)驗(yàn),分析節(jié)理組傾角對(duì)節(jié)理巖體模型的強(qiáng)度及變形特征影響。結(jié)合數(shù)字散斑相關(guān)方法(DSCM)及聲發(fā)射測(cè)試系統(tǒng),研究加載過(guò)程中試樣的應(yīng)變場(chǎng)及聲發(fā)射演化過(guò)程,探討了應(yīng)變局部化特征所引起的試樣受力狀態(tài)改變,得到了節(jié)理組傾角影響下的含斷續(xù)節(jié)理組試樣的五種破壞模式。(2)開(kāi)展了不同錨固工況下的加錨斷續(xù)節(jié)理巖體的單軸壓縮試驗(yàn),研究了錨固類型、預(yù)應(yīng)力大小、節(jié)理組傾角對(duì)錨固節(jié)理巖體宏觀力學(xué)響應(yīng)特征的影響規(guī)律,探討了錨桿加固對(duì)錨固體力學(xué)行為、強(qiáng)度參數(shù)及變形特征的定量影響,分析了錨桿對(duì)于節(jié)理巖體峰后脆性特征的影響。(3)采用數(shù)字散斑技術(shù)、聲發(fā)射監(jiān)測(cè)及錨桿軸力監(jiān)測(cè)技術(shù),從宏細(xì)觀角度多尺度地對(duì)含斷續(xù)節(jié)理錨固體的破裂演化過(guò)程進(jìn)行研究,分析了節(jié)理組傾角、錨桿預(yù)應(yīng)力對(duì)錨固體損傷演化過(guò)程及破壞特征的影響,揭示了加載過(guò)程中錨桿軸力與“錨桿-節(jié)理巖體”復(fù)合承載結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性之間的關(guān)系。采用X射線CT掃描系統(tǒng),并結(jié)合Avizo軟件對(duì)破裂后試樣的內(nèi)部裂隙面進(jìn)行了三維重構(gòu),分析了錨桿對(duì)于節(jié)理巖體的內(nèi)部裂紋的影響規(guī)律,揭示了錨桿對(duì)于節(jié)理巖體的加固止裂機(jī)制。(4)利用三維顆粒流離散元程序建立數(shù)值模型,基于物理試驗(yàn)數(shù)據(jù)標(biāo)定顆粒流模型中所需的細(xì)觀力學(xué)參數(shù)。在此基礎(chǔ)上,模擬了無(wú)錨及不同錨桿預(yù)應(yīng)力作用下的錨固體強(qiáng)度變形特征,擴(kuò)展分析了破壞過(guò)程中斷續(xù)節(jié)理試樣的微裂紋演化過(guò)程及位移矢量場(chǎng)特征,加深了對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿作用下斷續(xù)節(jié)理巖體的加固止裂機(jī)理的理解。(5)以深部軟巖破碎巷道為工程背景,基于完整巖石力學(xué)參數(shù)及現(xiàn)場(chǎng)GSI數(shù)據(jù),對(duì)工程巖體參數(shù)進(jìn)行了校核。采用塊體離散元程序?qū)?shù)值模擬中所需的巖層細(xì)觀參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定,并建立了相應(yīng)的巷道圍巖數(shù)值模型。通過(guò)控制應(yīng)力釋放率來(lái)模擬巷道開(kāi)挖,分析了巷道開(kāi)挖過(guò)程中圍巖的位移矢量場(chǎng)、主應(yīng)力矢量場(chǎng)、塑性屈服區(qū)以及破裂損傷區(qū)分布規(guī)律,提出基于“初期高預(yù)應(yīng)力主動(dòng)支護(hù)+二次強(qiáng)力支護(hù)”對(duì)策的“錨網(wǎng)索+殼體”聯(lián)合支護(hù)方案,并進(jìn)行數(shù)值模擬及現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)試驗(yàn)驗(yàn)證,獲得了良好的工程應(yīng)用效果。該論文有圖132幅,表26個(gè),參考文獻(xiàn)213篇。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TD353.6
【圖文】：

節(jié)理裂隙圍巖（a）斷續(xù)節(jié)理巖體；（b）原生裂隙貫通引起的煤ointed rock mass (a) Non-persistent Jointed Rock; (b) two pre-existipillar[3]證巖體工程能夠安全開(kāi)挖及穩(wěn)定運(yùn)行，必須采取必要的安固技術(shù)，無(wú)疑是保證巖體工程建設(shè)順利進(jìn)行和正常使用，效措施[6, 7]。錨固技術(shù)自上世紀(jì)五十年代末傳入我國(guó)以來(lái)展創(chuàng)新，目前已廣泛應(yīng)用于礦山、水電、土木建筑、交通

博士學(xué)位論文進(jìn)行了包括理論分析、數(shù)值模擬、室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等眾多探索性研究，得了一批重要的研究成果。而隨著工程圍巖環(huán)境日趨復(fù)雜，在強(qiáng)擾動(dòng)、高滲透壓及高應(yīng)力等環(huán)境下理裂隙巖體內(nèi)裂紋的擴(kuò)展貫通極易引起圍巖的非連續(xù)變形及失穩(wěn)破壞。因此行圍巖穩(wěn)定性控制研究時(shí)，僅以均質(zhì)完整巖石作為研究對(duì)象是不夠的，巖體節(jié)理裂隙等結(jié)構(gòu)面往往對(duì)圍巖的破壞失穩(wěn)起著決定性作用，而目前關(guān)于錨桿節(jié)理巖體的錨固機(jī)制研究還比較匱乏[10]。這導(dǎo)致目前錨固機(jī)制研究所取得的準(zhǔn)確性和適用性較低，在錨固工程方案設(shè)計(jì)中仍主要依靠經(jīng)驗(yàn)類比法，難以錨固工程的安全運(yùn)營(yíng)，錨固技術(shù)在使用中因支護(hù)方案不當(dāng)而引起的圍巖大變幫片幫、頂板冒落等安全事故時(shí)有發(fā)生，如圖 1-2 所示。

2-4 軸向破壞力與圍壓關(guān)系曲線n curve of axial peak stress and confining pressure，本次試驗(yàn)加工制作了一組直徑 50mm，了巴西劈裂試驗(yàn)，如圖 2-5 所示。根據(jù)巴tt2=π tPD程中的最大承載力，N；D 為巴西圓盤(pán)試樣，mm。圖 2-5 給出了巴西劈裂試驗(yàn)及利用樣的抗拉強(qiáng)度在 2.8~3.5MPa 之間，平均值約為 1:11 左右，而自然界巖石中該值類巖石材料的巴西劈裂試驗(yàn)的破壞模式與試驗(yàn)中配制的類巖石材料抗拉特性滿足要3/MPa

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2748947