深部开采岩体力学研究及其进展.ppt

井巷设计优化与施工新技术
第五讲 深部开采岩体力学研究及其进展
深部开采岩体力学研究及其进展
湖 南 工 程 学 院 曾 宪 桃
（博士、教授、博士生导师）
二零一零年八月
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、喷、
支，分断面开挖等)等各方面进行了深入的研究，取得了很大的
成绩。
深部开采岩体力学研究及其进展
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南非政府、大学与工业部门密切配合，从1998年7
月开始启动了一个“Deep Mine”的研究计划，耗资
，旨在解决深部的金矿安全、经
济开采所需解决的一些关键问题。
加拿大联邦和省政府及采矿工业部门合作开展了为
期10年的两个深井研究计划，在微震与岩爆的统计
预报方面的计算机模型研究，以及针对岩爆潜在区
支护体系和岩爆危险评估等进行了卓有成效的探讨
美国Idaho大学、密西根工业大学及西南研究院就此
展开了深井开采研究，并与美国国防部合作，就岩爆
引发的地震信号和天然地震或化爆与核爆信号的差异
与辨别进行了研究
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2 国内外研究现状
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深部岩石的变形性质(深部岩体的脆–延转化)
岩石在不同围压下表现出不同的峰后特性
在较低围压下表现为脆性的岩石可以在高
围压下转化为延性
自vonkarman（1911）首先用大理岩进行
不同围压条件下的力学实验以来，人们针
对围压队岩石力学性质的影响进行了大量
实验研究
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深部岩石的变形性质(深部岩体的脆–延转化)
岩石脆–延转化临界条件的诸多成果还来自于地壳
岩石圈动力学中
压力和温度达到一定条件时，岩石即发生脆–延转
化，存在转化深度的概念
岩石性质与深度有关，当摩擦强度与蠕变强度相
等时岩石即进入延性变形状态
地球岩石圈各种强度的推测曲线，发现在脆性向
延性转换深度上存在着很高的应力释放
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深部岩石的变形性质(深部岩体的脆–延转化)
脆–延转化是岩石在高温和高压作用下表现出的一
种特殊的变形性质
如果说浅部低围压下岩石破坏仅伴有少量甚至完
全没有永久变形的话，则深部高围压下岩石的破
坏往往伴随着较大的塑性变形
目前的研究大多数集中在脆–延转化的判断标准上
，而对于脆–延转化德机理却研究较少
目前还没有比较成熟的成果
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深部岩石的变形性质(深部岩石的流变特性)
在深部高应力环境中，岩石具有强时间效应，表现为
明显的流变或蠕变
在研究核废料处置时，研究了核废料储存库围岩的长
期稳定性和时间效应问题
优质硬岩不会产生较大的流变
南非深部开采实践表明，深部环境下硬岩同样会产生
明显的时间效应
对于软岩巷道，研究者用岩体的承载因子(即岩体强度
和地应力的比值)来衡量巷道围岩的流变性
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深部岩石的变形性质(深部岩石的流变特性)
岩石在高应力和其他不利因素的共同作用下，其蠕变
更为显著
即使质地非常坚硬的花岗岩，在长时微破裂效应考核
地下水力诱致应力腐蚀的双重不利因素作用下，同样
会对存贮库近场区域的岩石强度产生很大的削弱作用
蠕变的发生还与岩体中微破裂导致的岩石剥离有关，
根据瑞典Forsmark核废料候选址的观测记录以及长时
蠕变准则的推测，预计该硐库围岩经历1000a后，岩
石剥落波及的深度将达到3m
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深部开采岩体力学研究及其进展
在单轴压缩实验中观测到岩石破裂前出现体积增
大现象
在围压下同样也观测到了扩容现象
随着围压的增大，扩容的数值会降低
在低围压下，岩石往往会在低于峰值强度时产生
扩容现象
在高围压下，岩石扩容现象不明显甚至完全消失
深部岩石的变形性质(深部岩石的扩容性质)
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深部岩石的强度和破坏特征
研究表明，总体上岩石的强度随深度的增加而有所提高。如
有的矿区从深度小于600m变化到800—1000m时，强度为
21—40MPa的岩石 所占的比重从30%减少到24%，而强度为
81—%%，并且岩石
更