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1、关于“深部采动巷道围岩非线性流变破坏机制”的学习汇报导师:孟祥瑞汇报人:袁林专业:采矿工程简要提纲非线性流变的简单阐述深部采动巷道围岩变形破坏特征与应力场演化几种深部巷道围岩非线性流变模型国内学者研究热点及寻找创新点后续的学习计划和工作12345一、非线性流变的简单阐述1、岩石流变材料变形具有时间效应的现象称流变现象。研究和试验表明:随着岩体赋存深度的增加其力学性能逐渐由脆性向延性转化,呈现良好的塑性变形和承载能力。由于岩石和岩体本身的结构和组成因素，且在自重、构造应力和矿山采动的集中应力的影响下，矿山煤岩都会随着时间而产生显著的蠕变现象，其变形和应力随着时间
2、推移而不断调整，在一个相当长的时间内才能趋于稳定或者失稳。地下工程开挖后,在自由面附近岩体处于近似两向受力状态,在高地应力作用下往往产生塑性状态下的快速垮落破坏现象。由于开挖的卸荷作用对应力场产生巨大扰动，应力场重新分布。巷道周边径向应力增大而切向应力减小，造成拉剪破坏，形成破碎区、塑性软化区、弹性区、原岩应力区。2、围岩流变的非线性表现深部“三高一扰动”（高地应力、高地温、高渗透压、强烈的开采扰动）使得深部岩体表现出明显的非线性大变形力学特征。造成岩石非线性流变的几点原因：（1）岩石的非均质性，岩石材料的高度无序分布，岩体内地应力随时空而变，岩石成份与构造的
3、复杂性与多相性，岩体工程开挖和施工工艺的影响，构成了岩石力学具有高度的非线性。（2）岩体的变形、损伤、破坏及其演化过程包含了互相耦合的多种非线性过程。（3）岩石(体)的变形、损伤、破坏过程是一个动态的非线性不可逆演化过程，各种参数处于变化之中。（4）岩石（体）变形进入塑性、断裂、破坏后，非线性因素占主导地位，就会在系统中出现分叉、突变等非线性复杂力学行为。3、岩石流变理论（1）岩石流变规律岩石流变规律是应力、应变与时间的函数，它表现为蠕变、松弛、黏滞、弹性后效与长期强度的特性。长期恒载下岩石典型蠕变曲线图如下：大致可以分为三个阶段，即三期蠕变。第1阶段：蠕变曲
4、线斜率逐渐变小，应变率随时间减小，变形以减速发展。第2阶段：斜率近似不变，应变率约为常量。第3阶段：应变率迅速增加，导致岩石发生破坏。可以看出，岩石变形可包括几个阶段：瞬时变形，初始蠕变，等速蠕变，加速蠕变。(2)岩石流变传统组合模型①马克斯威尔（M）体本构方程：②开尔文（K）体本构方程：③伯格斯（Burgers）体本构方程：④宾汉姆（Bingham）体本构方程：⑤Poynting-Thomson（H-M）体又叫滞弹性模型，由一个虎克体（H）与一个牛顿体（N）串联再与H体并联组成。⑥Kelvin-Voigt(H-K)体由一个虎克体和一个牛顿体并联再与一个虎克体
5、串联组成。⑦K-N体⑧Jefferys体⑨西原正夫体以上摘于刘雄《岩石流变学概论》。二、深部采动巷道围岩变形特征及应力场演化规律1、深部采动巷道围岩变形破坏特征在巷道开挖瞬间,围岩暂时处于弹性状态,巷道周边附近岩体出现应力集中,发生脆性的张裂破坏,使这部分岩体完整性降低。由于张裂破坏速度很快,张裂区外侧围岩弹性能迅速释放,对张裂区围岩施加压力,使其进入塑性软化阶段,产生剪切延性破坏。破裂区的支撑反力和变形约束作用使外侧围岩逐渐进入塑性强化阶段,随着围岩弹性能的进一步释放。塑性区和弹性区交界线处围岩环向、径向压力最大,径向应变最大,称支撑压力线。它在围岩的应力重
6、分布过程中逐渐后移,塑性区逐渐向深部发展。当支撑压力线处的拉应变达到围岩的极限拉应变时,围岩由塑性转化为脆性而产生拉裂破坏,形成一条环带状连续缝。它外侧围岩又因为应力集中出现弹性转化脆性的张裂破坏,这样重复出现弹性转化脆性的张裂破坏和由塑性转化为脆性的拉裂环状连续缝使得围岩内产生交替的破坏及未破坏区域,即分区破裂化现象。这种现象一直进行到围岩介质内由荷载作用产生的最大径向拉应变值小于围岩的极限拉应变时为止。在高地应力环境下,巷道开挖卸荷后,围岩应力场重新分布。当应力状态达到脆性破坏强度准则时就会从弹性或塑性状态进入脆性破坏状态,从而又使围岩应力得到重新分布,如
7、此重复,产生分区破裂现象。2、深部采动巷道围岩应力场演化及与围岩非线性流变的相互关系深部巷道围岩流变性突出,塑性区较大。在塑性区内,围岩会因大变形而发生结构损伤,围岩的力学性能也会随巷道变形而发生劣化。所以,巷道围岩应力场特别是塑性区内的应力场,会随着巷道围岩的流变而发生演变。当围岩应力场接近或达到了岩石极限强度,岩石产生流变,使岩石结构发生损伤劣化。岩石流变和岩石结构损伤劣化导致巷道围岩应力场不断演变,进一步加剧巷道围岩的持续流变。巷道围岩变形可分为3个阶段:剧烈变形阶段、相对稳定阶段和持续缓慢变形阶段。三、几种深部巷道围岩的非线性流变力学模型1、改进的西原
8、正夫体西原正夫体和广义西原正夫体是能较
