岩石力学论文

3、深部岩体工程力学特性
（1）分区破裂化现象
在深部岩石力学中除了岩爆和围岩挤压变形以外，围岩的分区破裂化现象也是研究的重要的一方面。在深部岩体中开挖洞石或巷道时，在其两侧和工作面前的围岩中，会产生逐次交替的破裂区和未破裂区，我们称这种现象为分区破裂化现象。最早是在南非深部金矿的巷道围岩中被发现的，近几年，在我国院士钱七虎的倡导下，我国也对分区破裂问题进行了深入的大量研究。国内外专家、教授通过定性研究、弹塑性理论方法、非经典弹塑性理论、现场观测与试验研究、机制研究等方法最终归纳出了分区破裂化现象产生的条件及变化规律：分区破裂化现象一般发生在深部岩体围岩中的初始垂直地应力大于岩体单轴压塑强度极限的情况下；分区破裂化现象中的破裂区的数量取决于比值 /Rc，比值越大，破裂区越多；分区破裂区化现象不仅发生在巷道钻爆法施工时，也发在巷道机械化掘进时；巷道机械法掘进时开始发生分区破裂化现象时岩体初始应力一般高于钻爆发掘进时开始发生分区破裂化 现象时的地应力。
2、深部岩体的特点
（1）深部岩体具有非均匀、非连续性的特点。由于地下深处的岩体分布多种多样，各种岩体相互交错，因而使得岩体构造复杂多变，我们在研究深部岩体时必须掌握所研究的岩体在地质场中的宏观和微观结构特性。
（2）深部岩体具有非协调的特点。岩体是由各种形状的的岩块和结构面组成的地质体，因此其变形必受岩块本身和结构面的控制，但一般情况下，岩体的变形是有结构面引起的。一般结构的弱化区，即裂缝处的影响使得岩体结构面的变形变得不协调。
（3）深部岩体具有非常高的应力状态。应力分为岩体的自重应力和结构应力。岩体的的自重应力是由岩体本身的自重引起的。构造应力是由于不同地区不同深度的构造运动和发展引起的。有因为岩体的变形是由岩块和结构面引起的，而岩块和结构面多会产生应力，因此，深部岩体的应力状态非常高。
（4）深部岩体具有储能的特点。深部岩体的粘结力、内摩擦和剪胀性以及结构面的摩擦和粘结，使得岩体在地质构造运动和自重应力作用下产生了变性能和位能。当扰动破坏约束条件改变时，变性能转变为动能。
（3）深部地下工程设计施工特点： 采用二次支护稳定性控制设计理论 大变形支护的主要特点是柔性屈服支护 调动深部围岩强度，控制深部大变形隧道地压 缩小开挖断面 按照分区破裂化设置不同深度锚杆，调动不同深度未破裂区围岩强度。
5、大灾害表现形式
由于深部岩石力学行为具有明显区别于浅部岩石力学的这些重要特征，再加上赋存环境的复杂性，致使深部资源开采中以岩爆、突水、顶板大面积来压和采空区失稳为代表的一系列灾害性事故与浅部工程灾害相比较，程度上加剧，频度上提高，成灾机理更加复杂，具体表现如下：
关键词：深部岩体、特点、特性、施工设计特点、大灾害表现形式
百度文库1、引言
深部岩体开采工程岩石力学主要是指在进行深部资源开采过程中而引发的与巷道工程及采场工程有关的岩石力学问题。 随着对能源需求量的增加和开采强度的不断加大，浅部资源日益减少，国内外矿山都相继进入深部资源开采状态。随着开采深度的不断增加，工程灾害日趋增多，如矿井冲击地压、瓦斯爆炸、矿压显现加剧、巷道围岩大变形、流变、地温升高等，对深部资源的安全高效开采造成了巨大威胁。因此，深部资源开采过程中所产生的岩石力学问题已成为国内外研究的焦点
[2]张永兴,贺永年.岩石力学.第二版.北京：中国建筑工业出版社,2008年
[3]何满潮，谢和平，彭苏萍等.煤矿支护.北京：中国矿业大学，2007年
[4]沈明荣，岩体力学，上海：同济大学出版社，1999年
岩石力学读书报告
学 院：土木工程学院
专业班级：道桥10-03班
姓 名：方昆
学 号：************
岩石力学研究新进展
————深部岩体力学问题
方昆
道桥2010-3班
摘要：随着浅部资源的逐渐减少和枯竭，地下开采的深度越来越大，目前我国已有大批矿井进入千米以下开采深度。开采深度增加，地质环境趋于复杂，高地应力、高地温、高瓦斯、高水压等引起的突发性工程灾害和重大恶性事故增加、作业环境恶化和生产成本急剧增加等一系列问题，对深部资源开采提出了严峻挑战。地下空间开发不断走向深部——逾千米至数千米的矿山，水电工程埋深逾千米的引水隧道，核废料的深层处置，深层地下防护工程等。伴随着深部岩体工程发生了一系列新的岩体力学问题，这与浅部岩体工程相比具有较大的差异，而用传统的连续介质力学理论无法圆满解决，引起来全世界岩石力学工程领域专家学者的极大关注，成为了当前研究的热点。
（2）冲击地压动力现象
自18世纪以来，人们在矿山工程中已熟悉了以岩块弹射和岩块冒落为表现形式的岩爆现象，岩块弹射的速度可达10m/s，足以损伤人员和设备。这一类的岩爆主要发生在开挖面，但在围岩内部以及岩体深部，也会发生冲击动力现象，它们的本质都是相同的，即岩体失衡导致岩体位移和运动。岩体在应力脉冲或冲击荷载作用下，以应力波传播的形式使得岩石破裂的现象是冲击动力现象。冲击动力现象据现在的理论可知道是由于岩体中高地应力以及岩体内储存的变性能引起的。动力冲量作用于岩体时，由于岩体的共振，岩石间的相对压紧程度会随时间发生变化。如岩块间的间隙过大时，岩块会发生大的变形，进而引发一系列的深部岩体的地质灾害。
（3）深部岩体力学特性和工程响应
（1）深部开采岩体的基本力学行为。
研究深部岩体在“三高”环境和强烈开采扰动作用下的变形性质、本构模型、强度特征、破坏准则和时间效应，重点研究深部开采岩体峰后和破坏后力学行为。
（2）深部开采工程岩体动力学特性及成灾机理。
以深部开采岩体力学行为为基础，重点研究掘进、回采等工程活动诱致岩爆、突水、煤与瓦斯突出等工程灾害的演化过程和成灾机理，为深部工程灾害预测预报与防治提供必要的理论基础。这部分研究将以灾变理论、演化诱致突变理论等非线性科学为基础，突出以能量理论为基础的灾害发生判据与准则。
（1）对浅部地下工程，地应力水平低，按照传统的岩石力学弹塑性理论，洞室周围依次出现塑性、弹性应力区和未扰动区。地下工程设计理论就是及时支护，与围岩共同作用，使围岩应力小于岩石强度，允许围岩形变，防止围岩破坏，所以在岩石应力应变曲线上工作在峰值强度前加荷断上。
（2）前部地下工程开挖后，围岩一般不会破坏，因此采用一次支护即可实现工程的稳定性，而深部开挖后，围岩即破坏，因此一次支护就不能满足工程稳定性要求，必须采用二次支护或多次支护才能实现工程的稳定性。
(5) 地温升高、作业环境恶化 深部开采条件下，岩层温度将达到摄氏几十度的高温，如俄罗斯千米平均地温为30 ℃～40 ℃，个别达52 ℃，南非某金矿3 000 m时地温达70 ℃。地温升高造成井下工人注意力分散、劳动率减低，甚至无法工作。
参考文献：
[1]何满潮，钱七虎.深部岩体力学基础.北京:科学出版社，2010年
(4) 巷道围岩变形量大、破坏具有区域性 与浅部一样，深部巷道支护的目的仍是尽量保持围岩的完整性以及避免破碎岩体进一步产生位移。深部开采一方面自重应力逐渐增加，同时由于深部岩层的构造一般比较发育，其构造应力十分突出，致使巷道围岩压力大，巷道支护成本增加。据煤炭行业的有关资料，近10 a巷道支护成本增加了1.4倍，巷道翻修量占整个巷道掘进量的40%。 另外，浅部围岩在临近破坏时往往出现加速变形的现象，工程技术人员常常根据这一现象进行破坏之前的预测预报，且浅部围岩的破坏一般发生在比较局部的范围内。而深部围岩在破坏之前近乎处于不变形状态，破坏前兆非常不明显，使破坏预测预报十分困难，从而造成深部围岩的破坏往往是大面积的发生，具有区域性，如巷道大面积的冒顶垮落等。
（3）深部开采岩体破碎机理。
研究“三高”环境下矿岩诱导破碎机制、动态特征、能量耗散过程及其控制，重点研究高应力条件下矿岩采动的应力转移与诱导破碎工程的耦合，为实施深部矿岩诱导破碎的深井采矿技术创新提供理论与科学依据。
4、深部岩体工程施工设计特点
深部岩石力学关于岩爆、大变形以及分区破裂化的机理和发生发展规律尚是一个正在研究的课题，因此，关于岩爆、大变形以及分区破裂化条件下的设计计算理论尚未形成。
(2) 采场矿压显现剧烈 随着采深的增加引起的覆岩自重压力的增大和构造应力的增强，表现为围岩发生剧烈变形、巷道和采场失稳、并易发生破坏性的冲击地压，给顶板管理带来许多困难。
(3) 突水事故趋于严重 自1984年6月2日开滦矿务局范各庄矿发生井下岩溶陷落柱特大突水灾害以来，先后在淮北杨庄矿、义马新安矿、峰峰梧桐矿、皖北任楼矿、徐州张集矿又相继发生特大型奥灰岩岩溶突水淹井事故，初步估计，经济损失超过27亿元，同时产生了若干地质环境负效应。
(1) 岩爆频率和强度均明显增加 有关统计资料表明，岩爆多发生在强度高、厚度大的坚硬岩(煤)层中，主要影响因素包括煤层顶底板条件、原岩应力、埋深、煤层物理力学特性、厚度及倾角等。目前的统计资料显示，尽管在极浅的硬煤层中(深度小于100 m，有的甚至在30～50 m)也有发生岩爆的记载，但总的来看，岩爆与采深有密切关系，即随着开采深度的增加，岩爆的发生次数、强度和规模也会随之上升。
（5）深部岩体具有块系结构特点。变形的非协调、非连续特点、高应力状态的临界特点以及介质的含能特点充分反映在深部岩体动载作用下的特异动力反应现象，包括岩体的变号反应现象现象、超长的岩体低摩擦现象、岩体的低频共振现象等等。
深部岩体的这些特点需要用新理论新方法来验证，则主要解决的科学问题有：深部岩中积聚能量的份额大小及主要影响因素并建立相应的物理模型；深部岩体峰值后变形及其残余强度的一般理论和数学描述方法；分区破裂化现象下的巷道的开挖、支护原理以及优化方法；深部岩体爆炸近区运动学、动力参数的刻画；深部岩体介质的变形和运动模型等。