[发明专利]一种深部岩爆过程模型实验方法

说明书

技术领域

一种深部岩爆过程模型实验方法，属于深部矿井工程岩爆灾害模型实验研究领域尤其涉及真三轴卸载岩爆模型实验领域。

背景技术

岩爆是高地应力区地下工程中常见的一种卸荷破坏地质灾害现象。最早的岩爆纪录见于1738年英国南斯坦福煤田的纪录。至今，国内外学者专家对岩爆进行了大量的研究。在岩爆发生机理和试验研究两个方面取得了一定成果。在岩爆实验研究方面，从单轴压缩试验、双轴压缩试验、常规三轴试验到真三轴试验等，都有尝试。并且基于人为扰动的作用，国内外学者进行了许多的组合载荷试验。根据试验控制方法，岩爆实验可以分为加载和卸载两类。(1)岩爆加载实验：对岩爆的发生机理，许多学者采用室内单轴加载脆性岩石方法近似模拟岩爆的发生。如：2004年马春德用一维动静组合载荷对红砂岩进行了岩石力学特性实验。2002年许迎年等给出了在双向压力下的长方体试件中间开孔下模拟岩爆破坏现象试验。2000年许东俊应用真三轴进行了实验。2005年S.H.Cho，Y.Ogata，K，Kaneko进行了岩石的动力拉伸试验并分析了岩样破裂过程及分离岩样的飞出速度。(2)岩爆卸载实验：考虑到地下工程的实际卸载过程，许多学者进行了常规三轴卸载试验研究。如：许林生等(2000)采用常规三轴卸载围压试验，应用了位移控制(LVDT)，得出了低围压下卸压对应弱岩爆现象，在高围压下对应强岩爆特征。但位移控制对岩爆试验的适用性有待研究。尤明庆(2000)汇总了大量试验成果，描述了岩样三轴应力状态下的卸围压过程，并与常规加载试验进行了对比，指出岩石在低围压过程中强度未降低，但脆性增加。从以上的岩爆试验可以看出：目前的岩爆力学试验，还只是对岩石的静力条件下的加载试验或是一维条件下的动静组合加载试验；卸载试验目前只局限在常规三轴试验。大部分的岩石力学试验结果只局限在对单个工程、个别岩石的试验研究，无统一的适用理论。许林生等的力学试验由于位移控制而限制了岩爆现象的发生；开孔模拟试验得到了破坏应力几特征，但是其结果与真正的岩爆现象有相当的差别。所以众多的岩爆力学试验结果没有真正实现模拟岩爆过程，还不能很好的解释实际工程中的岩爆现象，同时，使岩爆机理的研究缺乏实验基础，进而影响了预测预报和灾害控制技术的进步。随着国民经济建设与国防建设的不断发展，浅部资源日益减少，地下工程和资源开采不断走向深部。据统计，在未来的10～15年，我国将有近三分之一的有色矿山即将进入深井开采。深部岩爆灾害将成为越来越亟待研究控制的地质灾害。因此，对深部岩体的研究就必须采用新的方法和新的设备，进行深入细致的研究。尤其是实现实验室内模拟岩爆现象，就有了更深远的意义。

发明内容

本发明就是为了克服上述不足，建立了一套实验方法，能够对工程岩体做真三轴岩爆过程模拟实验，并成功的使能量岩体出现了岩爆现象。

本发明是通过以下方案实现的：一种深部岩爆过程模型实验方法，包括：取得拟试验地质处的岩样并制作模型试件，获得该岩体基本参数包括但不限于：单轴抗压强度、长期抗压强度，弹性模量、泊松比，设定三轴实验载荷应力值，根据该设定应力值对模型试件施加载荷，记录并分析有关数据得出相应结果；其特征是：

(1)所述模型试件制作成长方体，其长度、宽度、厚度尺寸及比例和试件放置方向，相似于拟试验处地质岩爆单元体；

(2)按照拟试验地质，依据深度由浅到深分级测定、计算各级地质深度岩体的岩爆单元体处在未临空和临空两种情况下实际的三向应力值，再依据上述分级应力值根据相似形理论设定对应级别的三向卸荷或加荷实验载荷应力值；

(3)对模型试件六面施加真三轴载荷至(2)中设定的第一级卸荷实验应力值；

(4)保持该应力状态直至模型试件达到稳定承载状态；

(5)模拟实际工程卸荷时间撤掉试件主应力外的四面载荷中的一面载荷，使试件该面成为临空面；

并且，

A：做卸荷实验：即保持(5)中所述一面卸荷后的其他五面的载荷现状不变，直至发生岩爆或者确定不会发生岩爆；

或者，

B：做加荷实验：增大未撤掉载荷的另两个方向的载荷应力至第一级加荷实验应力值；然后保持该应力状态直至发生岩爆或者确定不会发生岩爆；

(6)根据试验设计安排，在下一级设定卸荷或加荷实验载荷应力值基础上重复(3)、(4)、(5)步骤，直至发生岩爆或者确定不会发生岩爆。