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1、第26卷第1期防灾减灾工程学报Vol.26No.12006年2月JournalofDisasterPreventionandMitigationEngineeringFeb.2006X深部岩体分区破裂化模拟试验模型几何尺寸的确定廖美春,郭志昆,刘峰,陈万祥(解放军理工大学工程兵工程学院,南京210007)摘要:为了揭示深部岩体在开挖时所发生的一系列变化情况,需要进行模拟试验研究。简要介绍了深部岩体在开挖洞室或巷道时发生的分区破裂化现象及其发展规律。根据分区破裂化力学现象、模拟试验背景和试验加载条件,运用弹性力学的基本理论,通过分析与计算,确定了采用böa≥1
2、0作为模型几何参数的选取原则。在实验室条件下,可以采用石膏半径b=1000mm,钻孔半径a=100mm的圆柱体模型来模拟深部岩体的分区破裂化现象及其规律。关键词:深部岩体;分区破裂化;模拟试验;几何尺寸中图分类号:TU45文献标识码:A文章编号:167222132(2006)0120058205开挖洞室或者巷道时,在其两侧和工作面前的围岩0引言中,会产生交替的破裂区和不破裂区,称这种现象为分区破裂化。”图1是根据量测数据描绘的俄罗斯随着经济建设与国防建设的不断发展,地下开Маяк矿山中的分区破裂化的情景,图2是根据观测发不断走向深部,上千米乃至数千米深的矿井
3、、巷道数据描绘的南非Witwatersrand等金矿2000～比比皆是。如南非Anglogold有限公司的西部深井3000m深处的巷道顶板中的分区破裂化情景。[1]金矿,开矿深度达3700m;水电工程如锦屏电站的刘同有和冯夏庭等也提出了深部岩体洞室周围引水隧道,最大埋深达2600m,南水北调西线工程存在交替的松弛和压密现象,冯夏庭指出:“谬勒、沿最大埋深1150m①;核废料的深层地质处理深度已尔等在现场及模型试验现场中观察到了这一现象,达数百米乃至上千米;油气工程已深达三四千米;能并提出了洋葱皮状多重壳层应力分布的模型概念。”源储存工程已深达一千多米;核心防
4、护工程如北美俄罗斯科学家在实验室模拟试验时,在模型中防空司令部深达700m等。深部地下工程的开挖和重现并观测到这类分区破裂化现象(参考资料①),施工,往往带来很多难以预测的问题,岩爆、瓦斯爆如图3、图4所示。炸、突水、顶板大面积来压和采空区失稳等一系列灾在巷道钻爆法施工和巷道机械化掘进的情况害性事故频频发生。为了避免突发性地质灾害对生下,都会发生分区破裂化现象。由很多深部工程实命财产造成危害,同时也为了尽量减少重大事故的例可以归纳出分区破裂化现象具有如下规律(文献发生,必须对深部岩体的特征科学现象进行深入细[2]):围岩中的分区破裂化现象大致发生在深部岩致的
5、研究。已有的研究表明,分区破裂化现象是深体围岩中的初始垂直地应力R大于岩体单轴压缩强部岩体开发时所发生的主要力学现象之一,现拟采度极限Rc的情况下,分区破裂化现象中破裂区的数用模拟试验来研究这一问题,本文即期望解决模拟量取决于比值RöRc,比值越大,破裂区越多,反之则试验模型几何尺寸确定的问题。越少。分区破裂化现象及其规律与传统的连续介质岩1分区破裂化现象石力学理论不相一致,对它进行深入细致的研究有非常重要的理论意义,对深部地下的开发利用必将[2]钱七虎将分区破裂化定义为:“在深部岩体中产生重大的应用价值。X收稿日期:2005205216;修回日期:2005
6、208226基金项目:国家自然科学基金项目(50490270)作者简介:廖美春(19772),女,硕士研究生。研究方向为防灾减灾及防护工程。Email:lmcwby@yahoo.com.cn①钱七虎.深部地下空间开发中的关键科学问题。©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第1期廖美春等:深部岩体分区破裂化模拟试验模型几何尺寸的确定59图1俄罗斯Маяк矿山分区破裂化情景Fig.1Thedelineationofz
7、onalfracturingatМаякMineinRussia图2南非witwatersrand金矿巷道顶板分区破裂化情景Fig.2ThedelineationofzonalfracturinginthetunnelroofatWitwatersrandGoldMineinSouthAfrica图3实验室分区破裂化现象(1)Fig.3Thephenomenonofzonalfracturinginlaboratorymodeling(1)©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allr
8、ightsreserved.http://www.c
