深部巷道結構面對巖石破壞的機理研究

■陳忍　王偉　武中亞　萬通

（中國礦業大學礦業工程學院　江蘇　徐州　221116）

深部巷道結構面對巖石破壞的機理研究

■陳忍王偉武中亞萬通

（中國礦業大學礦業工程學院江蘇徐州221116）

基于巖石結構面的庫侖破壞理論，以結構面的傾角和粗糙情況為研究對象，在實驗室進行三軸壓縮試驗，模擬深部巷道圍巖壓力，研究深部巖體的強度特征及破壞特性。研究表明，結構面的傾角越大，抗壓強度越大，結構面越粗糙，抗壓相對較大，但影響不太明顯。研究成果可供對結構面對巖石強度破壞的基本認識。

結構面三軸壓縮深部巷道傾角粗糙

1　引言

巖體中常常富含各種各樣的結構面，結構面的幾何特征和強度特征對工程巖體的穩定性起著至關重要的特征。結構面按照粗糙程度的形態，可以分為平直的，波形的，鋸齒的，臺階的和不規則的幾種。這種粗糙結構不僅對巖石的抗剪強度有影響，對巖石的抗壓破壞也有一定的影響。

目前，以三軸試驗為手段開展的巖體強度結構面效應研究很多，通過三軸試驗對單結構面巖石的破裂機制和強度特性進行了研究，比較一致的觀點是：巖石的破壞形式與圍壓關系密切，同時還必須考慮巖塊本身及結構面的形式。鑒于這些，本文從巖體強度的結構面效應入手，以常規的三軸壓縮試驗為手段，來探討各種不同的裂隙沿結構面抗壓破壞的影響因素及強度特征。

2　實驗設計

三軸實驗是一種破壞性試驗現場一般取樣比較困難，因此需要人工制作不同尺寸和粗糙度的裂隙試樣。設計的有直線型A,直線鋸齒形B和鋸齒形C；裂隙傾角a為60°，70°；裂隙長度為定值26mm。

巖石材料的制備和試驗條件：

利用多次配合比實驗，特制的高強度水泥砂漿材料，試樣的標準尺寸為D50mm，H100mm。實現對不含裂隙的試樣進行力學性質的測定，該材料脆性良好，物理力學性質和真實巖石非常相近，可以很好的進行實驗。如圖1。

圖1　試樣模型

表1　三軸壓縮試驗結果

試驗采取計算機全程控制，設計的圍壓大小分別為5、10、15Mpa。

3　試驗結果及分析

文中的參數及術語如下:σ3圍壓的大小，σ1-σ3平面內AB結構面的長度為裂隙長度，AB方向和軸向方向的壓力的夾角為裂隙長度。殘余強度表示試樣進入延性時的差應力值。

表1給出各試樣在不同的圍壓條件三軸壓縮試驗的結果。A1, B1,C1表示在傾角為60°，A2,B2,C2表示傾角為70°。X,Y,Z分別表示圍壓為5，10，15Mpa。

分析表1，我們可以發現如下特征：（1）裂隙傾角相同，裂隙長度相等，三種不同的裂隙試驗的峰值強度隨著圍壓的增大而增大，殘余強度也大致呈增大的趨勢。（2）裂隙長度相等，圍壓相同時，試樣的峰值強度隨著裂隙傾角的增加而增加，殘余強度大致也呈這樣的規律。（3）在傾角，裂隙長度和圍壓都相等的條件下，鋸齒形結構面的峰值強度和殘余強度都最大，其次是直線鋸齒形和直線型。

圖2　抗壓強度與圍壓關系圖

將不同粗糙類型的結構面和不同傾角的最大抗壓強度反應在不同圍壓條件下，如圖2。結構面的抗壓強度和結構面的粗糙程度有一定關系，越粗糙最大抗壓強度越大，延伸了抗剪強度和結構面的粗糙相關的規律。

4　結論

（1）深部巷道的所處的環境即是探討的圍壓，深度的不同，反應的巖石三軸試驗的圍壓。并且隨著深度的增加，巖石的抗壓強度增大。

（2）在一定條件下，巖石結構面的傾角越大抗壓強度越大。

（3）結構面的粗糙程度和巖石強度有著密切的聯系，在同一條件下鋸齒形結構面的抗壓強度比直線形更大，但是影響程度較小。

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P62[文獻碼]B

1000-405X（2016）-9-374-1