开挖扰动下节理岩体破裂尺度动态表征及应用研究

Abstract: The aim of this project is to characterize the fracture growth of intermittent jointed rockmass quantitatively and dynamically and further forecast the gournd pressure disasters.. Therefore, the advantages of acoustic emission (AE) and computerized tomography (CT) technologies are combined to experimentally and theoretically study the characterization approaches of fracturing mechanism and the oritation of fracture planes of jointed rockmass under complex stress conditions, and further build the relationship of cracking scale, AE data and the mechanical properties. Then the outcome is going to be applied to the analysis of microseismic (MS) monitoring data in the producing mines to interpretate MS data and determine the size and oritation of the fracture planes. On this basis, the block mechanics model based on discrete medium mechanics for local area are studied and the corresponding software is developed. It will provide a more scientific and reasonable tool for stability evaluation of surrounding rockmass and ground pressure disaster control.

本项目以以动态的量化表征开挖扰动下节理岩体的破裂尺度、进而预测可能的地压灾害为目标，联合声发射监测和CT观测的技术优势，开展节理岩样破裂过程的CT扫描和声发射监测，借助CT量化表征的岩样破裂过程解译相应声发射数据，研究不同类型岩石破裂过程中破裂尺度变化与释放声发射能量之间的规律性，建立张拉、压剪的不同破坏机制下节理岩样破裂扩展尺度、声发射能量和岩石物理力学参数之间的相关关系，实现基于声发射数据对岩石破裂尺度的动态表征；基于微震信号与声发射信号之间的相似性，将研究成果应用于矿山现场微震监测数据的分析，利用微震数据时空演化特性动态的表征围岩内破裂面的规模和产状，并结合岩体结构面测试，基于离散介质力学理论建立扰动围岩的块体结构力学模型，根据破裂面演化识别危险块体，探寻破坏失稳判据，为微震技术推广提供理论支撑，为工程围岩稳定性分析和地压灾害控制提供一种更加科学合理的分析手段。

本项目以基于微震数据动态的量化表征开挖扰动下节理岩体的破裂尺度、进而预测可能的地压灾害为目标，开展声发射/微震与岩石破裂过程内在关联研究。进行了大量的三点弯曲和剪切岩石声发射实验，借助矩张量反演方法解译声发射数据，揭示了不同实验条件下声发射事件的破裂机制及其影响因素，发现三点弯曲条件下声发射事件的破裂机制以剪切破裂为主，得到的结论与通常的认识不一致，虽然矩张量反演方法可以用于声发射的反演，但其合理性需要进一步验证；借助于3D形貌测量技术，初步建立了声发射事件破裂尺度与声发射能量之间的关系，但建立的关系是统计的关系，而不是声发射数据与其对应的破裂源尺度的直接关系，影响因素还需要深入分析；利用矩张量反演方法分析现场微震数据，揭示了采动围岩的破裂演化过程，并将微震数据解译成破裂面网络，结合岩体结构面测试数据，利用离散介质方法分析的破裂后围岩渗透性的变化规律，为深入挖掘微震数据，指导工程实践提供了一种新的方法。