化學腐蝕作用下巖爆相似材料力學性能及開挖卸模型試驗研究.pdf

1、隨著國民經濟的發(fā)展以及實際工程的需要，地下工程向深部高應力區(qū)發(fā)展已成為必然趨勢。巖爆是深部高應力區(qū)地下工程的施工過程中的重要威脅，給施工人員和設備安全帶來了巨大的挑戰(zhàn)。巖爆發(fā)生的機理極為復雜，其應力過程既有加壓也有卸壓，而巖體在加載和卸載條件下是兩種完全不同的應力路徑下，表現出的力學特性亦有本質的區(qū)別。由于大尺寸天然巖樣的采集、加工和試驗加載等條件限制，直接進行較大尺寸巖樣試件的試驗存在諸多困難。因此，進行室內物理模擬研究有獨特的優(yōu)勢。

2、模擬試驗對巖爆機理的研究和預測具有非常重要的作用，它既能使巖爆過程在室內再現，又利于分析巖爆發(fā)生時應力和應變的變化特征。相似材料的選取以及材料能否準確的反映實際巖體的力學性能是模型試驗成功的關鍵因素。由于地下水在實際工程中存在的廣泛性，且水中往往伴有化學離子的存在，使地下水溶液呈現不同的酸堿性，從而影響巖體的力學性能。本文基于上述情形，制備了巖爆相似材料，以及化學腐蝕作用下巖爆相似材料的動靜態(tài)力學性能，并開展深部巷道開挖模型試驗。為深部

3、巖體工程的施工、設計和支護提供參考。
　　首先，選取細砂、水泥、石膏和水為相似原材料，根據正交設計試驗方法，以摻砂率、石膏水泥比和含水率為3個因素，每個因素設4個水平，設計16組配比方案，測定其力學性能，以沖擊能量指數和抗壓抗拉強度比為判定指標，選取滿足巖爆相似材料的配比。其次，按選取的巖爆相似材料配比制作高度為20mm、直徑為40mm的圓柱體試件和高為125mm、直徑為61.8mm的圓柱體試件，分別在SHPB裝置和液壓壓力機下測

4、定其動態(tài)和靜態(tài)力學性能。并將上述試件分別置于PH=2和PH=4的化學溶液中養(yǎng)護，待養(yǎng)護60d和90d后再分別測定其動靜態(tài)力學性能。再次，基于選取的巖爆相似材料配比，開展深部巖體開挖卸荷模型試驗。本文研究得到如下結論：
　　1、細砂、水泥、石膏和水為理想的相似原材料，原材料易獲取且力學性能穩(wěn)定，能較好的模擬巖爆傾向巖體。
　　2、通過對相似材料試件力學性能的測定并對各個指標的極差分析，得出各指標對相似材料力學性能的貢獻效應圖。

5、
　　3、基于matlab程序編制多元線性回歸方程，以摻砂率、石膏水泥比和含水率為自變量，得出密度、沖擊能量指數、抗壓強度、抗拉強度和抗壓抗拉強度比與相似材料配比含量的關系，擬合得出各自的回歸方程。
　　4、化學腐蝕作用下，相似材料的動靜態(tài)抗壓強度均降低，酸性越大強度越低?；瘜W溶液養(yǎng)護時間越長，強度越低。加載速率越大，動態(tài)抗壓強度越大。
　　5、模型試驗在化學腐蝕作用后的開挖卸荷過程中，卸荷速率越大，破壞越為明顯；地應