深部岩体破裂时空演化机理的透明岩体实验研究

深部巷道处于"三高一扰动"的复杂地质力学环境中，其围岩破裂的时空演化规律与机理是事关深部工程稳定控制原理与技术的关键科学问题。但在目前实验研究中，因岩体内部的破裂模式及其演变过程无法直接观测，致使围岩全域破裂的发生时间、裂隙延展的空间模式及破裂过程与岩体强度变化间的关系等基本问题尚不清楚。本课题以研究建立透明岩体实验新技术为出发点，获得透明岩体的试样配制方法及其基本物理力学参数，提出透明岩体内部变形破裂的数字照相三维量测方法；并通过基于透明岩体的物理相似模拟试验，研究深部复杂软岩巷道在开挖卸载过程中的围岩破裂规律，深入揭示深部巷道围岩破裂的时空演化机理。研究成果将有助于深刻认识深部巷道围岩破裂的力学行为本质，可为深部工程中诸如破裂围岩的加固时机与范围等稳定控制及解决因围岩破裂导致的工程灾害的时空预测问题提供更加科学合理的指导，因此，本项目具有方法创新意义、理论研究价值和工程应用前景。

深部巷道围岩破裂的时空演化规律与机理是事关深部工程稳定控制原理与技术的关键科学问题，作为该科学问题的重要研究手段—模型实验因当前采用的试验模型都是由不透明材料制作而成，围岩变形的直接观测仅限于模型表面，模型内部变形只能通过局部间接方法进行有限观测，致使全面细致的岩体变形破裂过程及其复杂力学行为研究受到很大局限。本课题通过实验探索研究，建立了包括透明岩体组成材料选择、试样材料配比、制作过程要素控制、透明岩体模型内的测点和散斑面设置、数字照相变形量测以及配套加载物理试验装置等的透明岩体物理模拟实验新方法；提出了基于硅粉、液体石蜡以及正十三烷材料组分的透明软岩试样配制方法并获得了其基本物理力学参数，开发了基于非均匀、局部化与破裂变形特征的岩体变形数字照相量测方法；采用透明岩体相似模拟试验与理论分析，研究得到了深部软岩巷道在开挖卸载过程中的围岩破裂规律，揭示了深部围岩变形破裂的时空演化机理。课题成果有助于岩土工程科学与技术问题的深入试验研究，进一步认识深部巷道围岩内部变形与破裂的力学行为规律，为深部工程中诸如围岩破裂的加固时机与范围等稳定控制提供参考依据。