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校庆专刊+深部地下硐室与应力场轴变关系及其围岩损伤破裂分析

刘力源 张乐 纪洪广

刘力源, 张乐, 纪洪广. 校庆专刊+深部地下硐室与应力场轴变关系及其围岩损伤破裂分析[J]. 工程科学学报. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.09.003
引用本文: 刘力源, 张乐, 纪洪广. 校庆专刊+深部地下硐室与应力场轴变关系及其围岩损伤破裂分析[J]. 工程科学学报. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.09.003
Mechanism analysis of rock damage and failure based on relation between deep cavern axial variation and in situ stress filed[J]. Chinese Journal of Engineering. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.09.003
Citation: Mechanism analysis of rock damage and failure based on relation between deep cavern axial variation and in situ stress filed[J]. Chinese Journal of Engineering. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.09.003

校庆专刊+深部地下硐室与应力场轴变关系及其围岩损伤破裂分析

doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.09.003
详细信息
  • 中图分类号: TD315

Mechanism analysis of rock damage and failure based on relation between deep cavern axial variation and in situ stress filed

  • 摘要: 随着经济与社会的持续发展,深部矿产资源和地下工程开发利用的需求不断增大。深部地下硐室是深部矿产资源开采和地下空间利用的重要载体。因此,科学合理的地下硐室设计对保障深部地下工程安全和节约支护成本等具有重要工程价值和现实需求。本文针对深部地下硐室与地应力场之间的轴变关系及其对硐室围岩损伤破裂的影响,建立了非均质围岩统计损伤计算力学模型;分析了不同断面形状、地层侧压系数、构造应力场对硐室围岩损伤破裂作用机制和影响规律,提出了地层临界侧压系数的概念;开展了三山岛金矿西岭矿区-2000 m地层硐室损伤破裂数值模拟,得到了该矿区深部地下硐室设计与布置原则。研究结果表明,“等应力轴比”情况下硐室围岩应力集中程度最小,损伤破裂区面积最小;地应力场是围岩损伤破裂的根本原因,侧压系数越大,硐室顶、底板处应力峰值越大,围岩以拉伸损伤为主,围岩损伤破裂区面积随侧压系数增大呈指数性增大;随着地层深度的增加,硐室临界侧压系数不断减小并趋近于1,因此深部地下硐室对水平构造应力的大小更加敏感;构造应力场诱使围岩损伤破裂程度增大,损伤破裂区向垂直于最大主应力方向的围岩应力集中区转移,使得硐室发生冒顶和岩爆风险升高。因此,深部地下硐室的设计与布置应结合实际地应力条件,硐室轴向沿最大水平主应力方向布置,硐室断面形状、轴比尽可能符合地应力条件,从而最大程度降低地应力场对硐室围岩损伤破裂及稳定性的不利影响。

     

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出版历程
  • 网络出版日期:  2021-06-15

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