基于特征能量因子的深部围岩分区破裂空间演化特征研究

作     者：李凯锐 王明洋 戚承志 常庭瑞 吕易铮 

作者机构：北京建筑大学土木与交通工程学院 中铁十四局集团有限公司 中国人民解放军陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室 

出 版 物：《河南理工大学学报(自然科学版)》 (Journal of Henan Polytechnic University(Natural Science))

年 卷 期：2025年

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

基　　金：国家自然科学基金资助项目(12172036) 北京建筑大学内涵发展–青年教师科研能力提升计划(X22012) 

主　　题：深部巷道 分区破裂化 开挖扰动 空间构造 特征能量因子 

摘      要：深部围岩分区破裂化现象是深地工程中典型的非线性力学响应，是围岩在复杂应力状态下特有的能量耗散表现。目的 由于传统连续介质力学和断裂力学理论的局限性，难以准确揭示其空间构造特征，尤其在三维应力状态和复杂地质条件下。针对这一问题，本文旨在另辟蹊径，以新的视角探索分区破裂化的空间构造规律，为深地巷道的施工提供科学指导。方法 基于深部岩体准共振和摆形波现象的无量纲条件，推导出能够反映深部岩体能量演化的“特征能量因子。该特征能量因子从统计物理的角度描述了深部围岩的含能特性。通过对大量现场监测数据和模型试验数据的统计分析，揭示了在分区破裂化现象发生时，特征能量因子的空间变化规律。结果 通过与Shemyakin提出的最远破裂区半径的经验公式及某矿区3213工作面的实测数据进行对比，验证了分区破裂化现象的空间构造特征与特征能量因子之间的量级演化规律。这表明，围岩特征能量因子的演化能够反映出分区破裂化的空间构造特征。结论 该空间构造规律模型参数少、测量方便，具备良好的实用性和推广性，适用于深部巷道施工的预判分析和围岩支护设计。此外，该模型能够在实际工程中大大简化计算，为深地工程安全的提升提供了新途径，对未来深地巷道施工规划和围岩支护策略的制定具有重要意义。