自然与饱水状态下金川二矿区深部岩石流变特性分析

论文摘要

随着经济的快速增长,目前对资源的需求越来越大,但是事实上我国的浅部资源已经面临危机,深部资源则存在较大潜力,因此大量的矿业开采已经开始向深部发展。矿山深部岩体由于埋深较大、原始应力高,处于非常复杂的特殊环境中,因此往往呈现出明显的流变性。加之矿山深部通常地下水发达,深部岩石长期浸泡于地下水当中,使得岩石的性质更加不稳定,加速围岩的破坏,造成人员财产损失。因此对含水状态下的深部岩石性质的研究显得十分必要。本文针对金川二矿区深部岩石的力学特性与流变性质进行探讨,对岩石在自然状态下与饱水状态下进行长期流变试验,从宏观上分析水对岩石力学特性与流变性质的影响,根据试验结果建立了能反映岩石流变特性的本构模型。本文主要研究内容如下：（1）从金川二矿区深部采集岩石样本,加工成标准试件,对试件得物理特性进行测定。（2）采用RYL-600微机控制岩石剪切试验机对试件进行了单轴压缩和剪切试验。分析了试件的抗压强度、变形模量及泊松比的变化规律以及岩样的变形特点、强度特征和破坏规律,得到了各种岩石试样的基本力学参数,为进行岩石蠕变试验和数值计算提供了依据。（3）采用分级增量循环加卸载方式对金川二矿区深部岩石在自然和饱水两种状态下进行流变试验,根据蠕变实验所得的曲线,按照可恢复的瞬时弹性应变、滞后粘弹性应变、不可恢复的瞬时塑性应变与粘塑性应变进行数据分析,得出了深部岩石在高应力条件下的流变特性。（4）引入一个非线性粘塑体和广义的Kelvin模型串联,构成一个七元件非线性粘弹塑性蠕变模型。通过此模型可以较好的描述金川二矿区深部岩石的蠕变特性。采用阻尼最小二乘法根据流变试验曲线对模型进行了参数识别。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 深部高地应力下岩石的力学特性研究
• 1.2.2 岩石流变力学特性的研究
• 1.2.3 水对岩石流变性的影响
• 1.3 本文研究的主要内容和方法
• 第二章 不同岩石的流变模型
• 2.1 岩石的流变特性
• 2.1.1 岩石蠕变特性
• 2.1.2 应力松弛特性
• 2.1.3 长期强度
• 2.2 流变模型概述
• 2.2.1 元件模型
• 2.2.2 经验模型
• 2.2.3 内时理论
• 2.2.4 岩石蠕变损伤断裂模型
• 2.3 本章小结
• 第三章 金川二矿区深部岩石的力学性质及水作用影响
• 3.1 深部岩石的物理性质
• 3.2 试样的加工制作
• 3.3 深部岩石的膨胀性试验
• 3.4 深部岩石单轴抗压强度试验
• 3.4.1 自然状态下深部岩石单轴抗压强度试验结果
• 3.4.2 饱水状态下深部岩石单轴抗压强度试验结果
• 3.5 深部岩石抗剪强度实验
• 3.5.1 自然状态下岩石抗剪强度试验成果
• 3.5.2 饱水状态下岩石抗剪强度试验成果
• 3.6 本章小结
• 第四章 自然状态与饱水状态下金川二矿区深部岩石流变实验
• 4.1 流变实验装置介绍及实验试样的制作
• 4.1.1 流变实验装置介绍
• 4.1.2 流变实验试样的加工制作
• 4.2 流变试验的方案
• 4.2.1 实验加载方式
• 4.2.2 具体实验方法
• 4.2.3 实验的数据记录与采集
• 4.2.4 应力、与应变的计算
• 4.3 自然状态下的流变实验结果分析
• 4.3.1 实验结果曲线分析
• 4.3.2 实验数据整理
• 4.4 饱水状态下的流变实验结果分析
• 4.4.1 实验结果曲线分析
• 4.4.2 实验数据整理
• 4.5 本章小结
• 第五章 金川二矿区深部岩石流变模型与参数辨析
• 5.1 深部岩石流变模型辨析
• 5.2 衰减蠕变模型
• 5.2.1 模型辨析
• 5.2.2 流变模型参数拟合的原理
• 5.2.3 广义Kelvin模型参数拟合结果
• 5.3 七元件非线性粘弹塑性蠕变模型
• 5.3.1 非线性粘塑性体
• 5.3.2 七元件非线性粘弹塑性蠕变模型
• 5.3.2 模型参数确定方法
• 5.4 金川二矿区深部岩石流变模型拟合结果
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文研究工作总结
• 6.2 对今后研究工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要研究成果
• 1 发表的学术论文
• 2 主持或参加的科研工作