条带状磷块岩开裂破坏机理及工程应用研究

发布时间：2020-09-28 13:13

　　地下岩土工程的开挖与兴建人类发展的重要项目,围岩破坏机理的研究是当前世界岩土工程界研究的重难点问题。本文以宜昌兴发集团后坪磷矿工段作为工程背景,利用室内物理试验和数值模拟两种方法,由条带状磷块岩的力学行为入手,从多个方面宏细观相结合的角度详细分析研究磷块岩的稳定性和破坏机理,初步得到以下结论:(1)磷块岩破坏形成宏观裂隙的本质,是岩石内部细微裂隙在力的作用下开展贯通的结果。综合室内试验的结果,大部分磷块岩式样沿白云石和胶磷矿之间的晶界面开裂,说明白云石与胶磷矿之间的晶界面是最弱的,弱于白云石与白云石的晶界面,也弱于胶磷矿与胶磷矿之间的晶界面。(2)围压会对磷块岩的力学性能产生较大的影响效应。不同的加载类型、不同大小围压均会改变磷块岩试样的峰值强度及其破坏模式。围压较低时,磷块岩表现出脆性,围压较大时,磷块岩表现出延性;围压也会明显的影响磷块岩的变形和强度特征;从模拟试验来看,微裂纹总会在峰值强度后的一小段时间内大量扩展,且不同的加载类型及围压会影响微裂纹的总数;磷块岩内部大量微裂纹的发展最终形成破坏滑动面,是磷块岩出现各种破坏类型的本质原因。所以在类似岩性工段施工时,应当重点注意应力重分布导致围岩洞室的破坏。(3)分析具有孔洞的磷块岩试样,其形成微裂纹的方式及发展规律与普通磷块岩试样的试验结果相差不大;中主应力大小和方向都会影响具有孔洞的磷块岩试样的力学性能,其本质原因是孔洞促进试样破坏与围压阻止试样破坏的相互作用:如果孔洞的促进破坏作用主导时,试样将沿X轴方向破坏;当围压的抑制破坏作用主导时,试样将沿Z轴方向破坏。故在该地区开挖时,应当充分考虑初始地应力的方向大小对巷道破坏的作用,必要时要加强支护,以免洞室围岩垮塌。
【学位单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD871
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章绪论
    1.1 研究目的与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 岩石力学行为的研究现状
        1.2.2 岩石破坏机理的研究现状
        1.2.3 岩石内部结构观测
        1.2.4 围岩稳定的研究现状
    1.3 需进一步研究的问题
    1.4 研究内容及技术路线
第2章工程地质概况
    2.1 矿段地理位置及交通
    2.2 矿段地质概况
        2.2.1 矿段地层
        2.2.2 矿段构造
        2.2.3 水文地质条件
        2.2.4 工程地质条件
    2.3 矿层特征
    2.4 矿石结构与构造
        2.4.1 矿石结构
        2.4.2 矿石构造
    2.5 本章小结
第3章磷块岩力学性能室内试验研究
    3.1 试验准备
        3.1.1 试验目的
        3.1.2 试验要测试的参数
        3.1.3 试验仪器介绍
        3.1.4 试样采集与制备
        3.1.5 磷块岩单轴压缩试验
        3.1.6 磷块岩三轴压缩试验
    3.2 顶板岩样三轴压缩试验
    3.3 底板岩样三轴压缩试验
    3.4 岩石破碎机理
    3.5 本章小结
第4章磷块岩数值模拟分析研究
    4.1 引言
    4.2 细观参数的标定
    4.3 磷块岩细观模拟分析
    4.4 本章小结
第5章含孔洞磷块岩破坏机理研究
    5.1 引言
    5.2 不同加载方式下含孔洞磷块岩破裂机理研究
        5.2.1 单轴压缩条件下含孔洞磷块岩破裂机理研究
        5.2.2 双轴压缩条件下含孔洞磷块岩破裂机理研究
        5.2.3 三轴压缩条件下含孔洞磷块岩破裂机理研究
    5.3 中主应力的影响效应
        5.3.1 中主应力大小的影响分析
        5.3.2 中主应力方向的影响分析
    5.4 本章小结
第6章巷道治理措施及建议
    6.1 现场情况调查
    6.2 巷道变形及岩爆处理对策
    6.3 本章小结
第7章结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
致谢

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