动静组合载荷下复合岩石破坏机理研究

The deep rock mechanics on deep resources exploitation and deep underground engineering is a key subject both for Chinese and the worldwide researchers who are working on mining and rock mechanics. The previous study on deep rock mechanics regard the rock as an homogeneous materials and only one materials is considered. However, the real engineering is a complex combined rock formed by lots of layered rocks. And then the mechanics behavior of combined rock in deep mining condition will be different with the current research results. Therefore, there are a great gap between the current research and the real case engineering, and the results are unbelievable and useless. In this proposal, the theoretical analysis and numerical simulation will be carried out firstly, and then the static and dynamic loading tests will be conducted to simulate deep rock failure process under the combined effect of static and dynamic loading. The static loading mainly includes high ground stress and tectonic stress, and the dynamic loading includes tunnel blasting and mining disturbance and so on. A high-speed camera and a dynamic gauge will be used to record the related data during the experiment. The failure mechanics of composite rock mass is revealed, the constitutive relation about composite rock mass under coupled static and dynamic loads and the failure critirion are built based on the testing, as is put forward to as the theory for disaster prediction and accident prevention for engineering in deep and roadway support.

深部资源开采与深部地下工程中的岩石力学问题是我国乃至世界采矿界和岩石力学界面临的重大课题。目前深部岩石力学问题的研究主要集中在单一材料的矿岩，把所研究的对象看作一均匀整体。而实际工程中大量存在层状岩体等复合工程岩体。这种研究材料的差异必然导致复合岩体在深部采动环境下力学行为与目前研究成果存在差别。为此，本项目以理论分析和数值仿真为先导，利用动静组合加载试验平台模拟深部复合岩体承受高地应力、构造应力等静载荷和掘进爆破、采动等（准）动载荷共同作用过程，开展复合岩石动静组合加载试验，充分利用高速摄影仪、动态应变仪在瞬态信息捕捉方面的优势，在测试和分析试样动态响应和破坏过程的基础上，揭示动静组合载荷下复合岩体破坏机制，建立动静组合载荷下复合岩体的本构关系，寻求适用的破坏准则，为深部工程的灾害预测、事故防治和巷道支护提供理论支撑。

深部资源开采与深部地下工程中的岩石力学问题是我国乃至世界采矿界和岩石力学界面临的重大课题。目前深部岩石力学问题的研究主要集中在单一材料的矿岩，把所研究的对象看作一均匀整体。而实际工程中大量存在层状岩体等复合工程岩体。这种研究材料的差异必然导致复合岩体在深部采动环境下力学行为与目前研究成果存在差别。. 为此，本项目以理论分析和数值仿真为先导，针对界面平行的层状岩石试样进行了数学建模，分析应力波在层状岩石中透反射及传播过程，找到应力叠加增大区域，从而分析层状岩石破坏过程；对于非平行的层状岩石，利用Flac软件进行模拟，发现应力波随界面角度变化在其中传播变化大，规律性不明显。. 利用RMT-150C试验系统和动静组合加载试验系统等设备按计划开展了实验，完成了组合岩石单轴压缩实验、三轴压缩实验、组合岩石不同能级的冲击破坏实验及动静组合加载下层状岩石试样的破坏实验，包括不同静载荷水平下波动扰动加载破坏试验和不同轴压、围压下层状岩石试样冲击破坏实验。在此过程中，利用动态应变仪测量、获取层状岩石试样的应力波信号，利用高速摄影仪记录了不同岩石的破坏过程，同时利用声发射监测系统获取了岩石破坏过程中声发射信息，利用扫描电镜对破碎断口进行了扫描，获取局部应力破坏信息。. 通过理论分析、数值模拟和室内实验，确定了界面为平整面的复合岩石破坏分别受静载荷和动载荷影响较大的因素：试件高度、两种介质比例、两种介质强度、应变率等，发现应力波在层状岩石中传播有增大区，揭示了静组合载荷下复合岩体破坏机制，涉及到冲击地压发生机理，为深部工程的灾害预测、事故防治和巷道支护提供理论支撑。