深部巷道结构面对岩石破坏的机理研究

2016-12-03陈忍王伟武中亚万通

地球 2016年9期

关键词：锯齿形倾角裂隙

■陈忍　王伟　武中亚　万通

（中国矿业大学矿业工程学院　江苏　徐州　221116）

深部巷道结构面对岩石破坏的机理研究

■陈忍王伟武中亚万通

（中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116）

基于岩石结构面的库仑破坏理论，以结构面的倾角和粗糙情况为研究对象，在实验室进行三轴压缩试验，模拟深部巷道围岩压力，研究深部岩体的强度特征及破坏特性。研究表明，结构面的倾角越大，抗压强度越大，结构面越粗糙，抗压相对较大，但影响不太明显。研究成果可供对结构面对岩石强度破坏的基本认识。

结构面三轴压缩深部巷道倾角粗糙

1　引言

岩体中常常富含各种各样的结构面，结构面的几何特征和强度特征对工程岩体的稳定性起着至关重要的特征。结构面按照粗糙程度的形态，可以分为平直的，波形的，锯齿的，台阶的和不规则的几种。这种粗糙结构不仅对岩石的抗剪强度有影响，对岩石的抗压破坏也有一定的影响。

目前，以三轴试验为手段开展的岩体强度结构面效应研究很多，通过三轴试验对单结构面岩石的破裂机制和强度特性进行了研究，比较一致的观点是：岩石的破坏形式与围压关系密切，同时还必须考虑岩块本身及结构面的形式。鉴于这些，本文从岩体强度的结构面效应入手，以常规的三轴压缩试验为手段，来探讨各种不同的裂隙沿结构面抗压破坏的影响因素及强度特征。

2　实验设计

三轴实验是一种破坏性试验现场一般取样比较困难，因此需要人工制作不同尺寸和粗糙度的裂隙试样。设计的有直线型A,直线锯齿形B和锯齿形C；裂隙倾角a为60°，70°；裂隙长度为定值26mm。

岩石材料的制备和试验条件：

利用多次配合比实验，特制的高强度水泥砂浆材料，试样的标准尺寸为D50mm，H100mm。实现对不含裂隙的试样进行力学性质的测定，该材料脆性良好，物理力学性质和真实岩石非常相近，可以很好的进行实验。如图1。

图1　试样模型

表1　三轴压缩试验结果

试验采取计算机全程控制，设计的围压大小分别为5、10、15Mpa。

3　试验结果及分析

文中的参数及术语如下:σ3围压的大小，σ1-σ3平面内AB结构面的长度为裂隙长度，AB方向和轴向方向的压力的夹角为裂隙长度。残余强度表示试样进入延性时的差应力值。

表1给出各试样在不同的围压条件三轴压缩试验的结果。A1, B1,C1表示在倾角为60°，A2,B2,C2表示倾角为70°。X,Y,Z分别表示围压为5，10，15Mpa。

分析表1，我们可以发现如下特征：（1）裂隙倾角相同，裂隙长度相等，三种不同的裂隙试验的峰值强度随着围压的增大而增大，残余强度也大致呈增大的趋势。（2）裂隙长度相等，围压相同时，试样的峰值强度随着裂隙倾角的增加而增加，残余强度大致也呈这样的规律。（3）在倾角，裂隙长度和围压都相等的条件下，锯齿形结构面的峰值强度和残余强度都最大，其次是直线锯齿形和直线型。