岩体模型双向加载巷道开挖卸荷效应

作     者：周俊 赵光明 孟祥瑞 董春亮 刘崇岩 马龙培 许文松 ZHOU Jun;ZHAO Guangming;MENG Xiangrui;DONG Chunliang;LIU Chongyan;MA Longpei;XU Wensong

作者机构：安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232000 安徽理工大学安全科学与工程学院安徽淮南232000 安徽理工大学力学与光电物理学院安徽淮南232000 奥卢大学矿业学院芬兰奥卢90570 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2023年第48卷第9期

页      面：3384-3392页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家重点研发计划资助项目(2022YFF1303302) 国家自然科学基金资助项目(51974009,52004006)。 

主　　题：动态开挖 围岩相似材料 双向加载 卸荷 裂纹 

摘      要：动态卸荷具有瞬时性,瞬态卸荷效应在深部岩体爆破开挖过程中产生影响。为了研究巷(隧)道围岩在动态开挖卸荷条件下的变形规律及破坏机制,实现围压加载条件下巷(隧)道开挖卸荷过程良好的模拟与再现,深入了解岩体开挖瞬态卸荷的动态特征及动力效应。采用自主研发的巷道围岩动力扰动相似模拟试验装置,进行巷道开挖瞬态卸载破坏的相似模拟试验,并使用应变仪、高速摄影仪及光纤解调仪对试验过程进行实时监测。获得了动态开挖卸荷全过程的应力-时间曲线,监测到裂纹产生与扩展及开挖后岩体测点的拉压状态。试验结果表明:在动态开挖过程中围岩应力经历了原岩应力阶段、动态加载阶段、动态卸载阶段、初始应力卸载阶段和蠕变阶段这5个阶段。巷(隧)道开挖后围岩布置的各监测点应变变化不一,有压变化也有拉变化,模型整体呈受压状态,开挖卸荷后岩体有蠕变现象。捕捉到卸荷效应过程中裂纹扩展,首先,动态冲击快速产生围岩径向裂纹,随开挖巷(隧)道形成,围岩储存能量快速朝临空面释放,在拉应力作用下产生环向裂纹。环向裂纹垂直径向裂纹产生并沿相邻径向裂纹扩展,产生的环向裂纹平行于临空面。巷道围岩动力扰动相似模拟试验系统监测到动态岩体模型开挖过程的瞬态卸荷效应,卸荷应变随距离产生变化,将开挖后的岩体模型分为卸荷近区、卸荷中区和卸荷远区。