研究項(xiàng)目以深埋高應(yīng)力煤礦巷道圍巖常常出現(xiàn)破裂、破壞甚至失穩(wěn)，現(xiàn)有巖石力學(xué)理論和數(shù)值計(jì)算方法不能充分考慮和解決破裂圍巖繼續(xù)承載（變形、甚至破壞）的性狀、以及圍巖破裂破壞后如何穩(wěn)定控制為背景。在認(rèn)識(shí)到圍巖在變形－破壞的過(guò)程中通過(guò)轉(zhuǎn)移和調(diào)整應(yīng)力狀態(tài)及自穩(wěn)形成自承結(jié)構(gòu)(具有一定的承載能力)的基礎(chǔ)上，擬根據(jù)空心巖柱試樣在不同約束下的破裂后再破壞試驗(yàn)、高圍壓下巷道破裂圍巖的三維相似材料模擬試驗(yàn)、以及實(shí)際破壞巷道圍巖變形的監(jiān)測(cè)分析等內(nèi)容的研究，試圖揭示破裂圍巖的力學(xué)行為及機(jī)理，包括：破裂圍巖再破壞后的強(qiáng)度特征、變形特征、本構(gòu)理論模型、以及高圍壓下巷道破壞圍巖的控制和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法等。這對(duì)于深部礦山巖石力學(xué)問(wèn)題的解決及其它深部巖石工程都具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。

通過(guò)將圓形巷道圍巖分成破裂、塑性和彈性三個(gè)區(qū)域，以及考慮巖體破裂后應(yīng)變軟化的現(xiàn)象，分別采用Hoek-Brown準(zhǔn)則、More-Coulomb準(zhǔn)則，進(jìn)行非關(guān)聯(lián)彈塑性分析，獲得其應(yīng)力和變形的解析解式，在破裂圍巖的理論分析方面得到新的突破；通過(guò)用一系列的塑性流動(dòng)與脆性跌落近似逼近峰后應(yīng)變軟化過(guò)程，提出了破裂圍巖的軟化模擬方法，并基于彈塑性理論進(jìn)行圍巖應(yīng)力及變形分析計(jì)算；進(jìn)行了巷道破裂圍巖－錨桿協(xié)同錨固支護(hù)系統(tǒng)的試驗(yàn)、協(xié)同作用機(jī)理及工程應(yīng)用研究，提出了適用于煤礦巷道的協(xié)同錨固技術(shù)和方法，對(duì)于實(shí)際礦山軟弱巷道，進(jìn)行了通過(guò)鋼管混凝土單圓管拱架模型的面內(nèi)加載試驗(yàn)，獲得了拱架模型；的變形、應(yīng)變、承載特性及可縮節(jié)點(diǎn)增阻規(guī)律；對(duì)于煤巷錨網(wǎng)支護(hù)系統(tǒng)，提出了“監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)—圍巖參數(shù)反分析—警戒值確定—預(yù)測(cè)分析—系統(tǒng)評(píng)價(jià)”的成套評(píng)價(jià)理論與方法。項(xiàng)目的研究結(jié)果可以為巷道的穩(wěn)定性分析以及支護(hù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，豐富了深部巖石工程的理論和工程應(yīng)用。 2100433B

以深部高應(yīng)力巖石巷道圍巖破壞失穩(wěn)為背景，從巷道圍巖的環(huán)境和歷史條件出發(fā)，以遠(yuǎn)離平衡態(tài)非線性理論為指導(dǎo)，采用原位監(jiān)測(cè)與真三軸空心厚壁圓筒卸壓試驗(yàn)的新方法，緊緊圍繞深部巷道圍巖強(qiáng)度衰減這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題開展研究。通過(guò)采用原位超聲波和雷達(dá)持續(xù)測(cè)試巷道圍巖破裂演化過(guò)程中的強(qiáng)度衰減情況的研究，以及現(xiàn)場(chǎng)多次取巖芯的試驗(yàn)方法，研究現(xiàn)場(chǎng)高應(yīng)力條件下巖體強(qiáng)度衰減的力學(xué)行為，準(zhǔn)確把握深部巷道圍巖破裂演化及其強(qiáng)度衰減的規(guī)律，闡明不同支護(hù)加固方法在圍巖破裂演化過(guò)程中的作用機(jī)理；然后通過(guò)真三軸空心厚壁圓筒加卸載試驗(yàn)方法，真實(shí)再現(xiàn)巷道開挖、圍巖強(qiáng)度衰減和支護(hù)平衡演化的全過(guò)程，選擇確定三維強(qiáng)度的描述方法及參數(shù)，完善符合其破壞特點(diǎn)的三維巖石強(qiáng)度理論及其相應(yīng)的演化動(dòng)態(tài)力學(xué)模型，揭示深部巷道變形破壞的物理本質(zhì)，提出具有顯著成效的深部巷道圍巖破壞后二次穩(wěn)定控制的原理和方法。

本項(xiàng)目以深部高應(yīng)力巖石巷道圍巖破壞為背景，從巷道圍巖的地質(zhì)力學(xué)環(huán)境出發(fā)，以遠(yuǎn)離平衡態(tài)的非線性理論為指導(dǎo)，采用原位監(jiān)測(cè)、物理模型試驗(yàn)、室內(nèi)巖樣試驗(yàn)、理論分析等相結(jié)合的方法，緊緊圍繞深部巷道圍巖強(qiáng)度衰減這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題開展研究。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試，獲得了深部巷道開挖后圍巖破裂演化過(guò)程及深部巷道圍巖穩(wěn)定后強(qiáng)度衰減及其分布規(guī)律，并對(duì)深部巷道初始高應(yīng)力狀態(tài)對(duì)巷道圍巖破裂范圍的影響規(guī)律進(jìn)行了研究；在此基礎(chǔ)上，采用巷道圍巖松動(dòng)圈內(nèi)外主應(yīng)力差演化規(guī)律作為加卸載應(yīng)力路徑的實(shí)驗(yàn)新方法，研制了不同應(yīng)力狀態(tài)下的損傷破裂巖樣，以卸載點(diǎn)的應(yīng)力降低比、體積膨脹比作為損傷因子，獲得了損傷巖樣強(qiáng)度衰減以及圍壓對(duì)其強(qiáng)度衰減幅度的影響規(guī)律，建立了適合深部巷道圍巖峰后強(qiáng)度衰減的模型，揭示了結(jié)構(gòu)效應(yīng)與尺寸效應(yīng)對(duì)圍巖強(qiáng)度衰減的影響以及預(yù)制節(jié)理幾何參數(shù)對(duì)巖樣破裂演化過(guò)程的影響機(jī)理，并針對(duì)物理模型試驗(yàn)中破裂巖體位移場(chǎng)難以量測(cè)的難題，研發(fā)了含動(dòng)態(tài)裂隙巖體的高精度數(shù)字散斑相關(guān)量測(cè)技術(shù)方法。項(xiàng)目研究成果為深部巷道圍巖穩(wěn)定性控制提供了科學(xué)依據(jù)。 2100433B

隧道開挖成洞一段時(shí)間之后，圍巖出現(xiàn)突發(fā)式滯后性破裂而引起圍巖涌水突泥的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，造成過(guò)巨大的傷亡和損失。目前對(duì)隧道圍巖揭穿性涌水突泥現(xiàn)象研究較多，對(duì)圍巖特別是裂隙性圍巖滯后性破裂引發(fā)涌水突泥現(xiàn)象研究很少。本項(xiàng)目擬在廣泛收集水利水電、交通和礦業(yè)等領(lǐng)域研究資料基礎(chǔ)上，采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研與測(cè)試、水文與工程地質(zhì)分析、巖石力學(xué)試驗(yàn)、物理及數(shù)值模擬和巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)分析等方法，以典型隧道工程及其監(jiān)測(cè)資料為基礎(chǔ)，就高地應(yīng)力、高地下水壓力和爆破擾動(dòng)作用下，裂隙性隧道圍巖滯后性破裂和涌水突泥機(jī)理進(jìn)行研究; 探索高地應(yīng)力、高地下水壓力和爆破擾動(dòng)作用下，典型隧道圍巖巖性及結(jié)構(gòu)、隧道形態(tài)及尺寸與裂隙性圍巖滯后性破裂特征之間的關(guān)系，揭示裂隙性圍巖滯后性破裂和涌水突泥機(jī)理，為建立基于高地應(yīng)力、高地下水壓力和爆破擾動(dòng)作用下，裂隙性隧道圍巖滯后性破裂判據(jù)和涌水突泥危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)理論和方法奠定基礎(chǔ)。