加卸荷条件下岩石浆体力学特性的试验研究.pdf

中图分类号 旦3 5 3 学科分类号 垒垒Q 3 Q 2 Q 论文编号 密级公珏 安徽理工大学 硕士学位论文 加卸荷条件下岩石浆体力学特性的试验研究 作者姓名彭丞且 专业名称采砬工程 研究方向砬出压力当蚩层控剑 导师姓名廛堂塞高级工程 巫 导师单位塞徽堡王太堂 答辩委员会主席奎俊越教援级高王 论文答辩日期2 0 1 6 年6 月4 日 安徽理工大学研究生处 2 0 1 6 年6 月4 日 万方数据 E x p e r i m e n t a lS t u d y o fM e c h a n i c a l P r o p e r t i e so f R o c k S l u r r yU n d e r t h eC o n d i t i o no f L o a d i n g - U n l o a d i n g C 趾d i d a t e S u p e r v i s o r P e n gQ i u f a n L i a oX u e d o n g E n e r g ya n dS a f e t yS c h o o l A n H u iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y N o ．1 6 8 ，S h u n g e n gR o a d ，H u a i n a n ，2 3 2 0 01 ，P ．R ．C H I N A 万方数据 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 塞徼堡王太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示谢意。 学位论文作者签名堑丛坠日期色丝年』j 呵／_ o 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞徽堡王太堂有保留、使用学位论文 的规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于 塞徼望王太堂。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 保密的学位 论文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名彭韶b 心签字日期勿6 年6 月f 。日 撇名酒毵 撕州锄乡日 万方数据 摘要 摘要 随着我国矿产资源开发与其他工程的不断发展，将遇到大量的工程开挖问题， 如地下煤巷采掘等，这些工程的设计、施工及稳定性控制等都要依据岩体的变形、 强度以及破坏等特性。地下工程开挖实际上是一个复杂的加、卸载过程，因此， 岩体在开挖的过程中处于加荷、卸荷不断变化的应力环境中，岩体与注浆支护后 的围岩在加、卸荷不同的应力条件下，将表现出不同的力学特性。本文以祁南煤 矿3 4 下采区巷道的注浆支护为研究背景，采用室内试验与理论分析方法，以岩石 浆体试件为研究对象，综合考虑其外部应力环境与试件内部特点对其在加卸荷条 件下的力学特性及影响因素进行研究。 通过系统的单轴压缩与常规三轴压缩试验得出岩石浆体在不同条件下的变 形、强度与破坏特征，以及水灰比、粒径对这些力学特性的影响；分别引入峰前 与峰后变形性质参数D 。、D 2 对应力应变曲线进行描述。在此基础上对其分别展开 三轴卸围压、轴压试验，进一步得出岩石浆体试件在卸荷应力条件下的力学特性 及其影响因素；并对三轴与卸围压试验条件下的应力应变曲线进行分析，然后采 用分段方法对其不同段的应力一应变关系进行描述。 图【3 4 】表【1 0 】参[ 6 0 】 关键词岩石浆体加卸荷；力学特性；影响因素 分类号T D 3 5 3 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 A b s t r a c t W i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ee x p l o i t a t i o no fm i n e r a lr e s o u r c e si nC h i n a ，t h e r ew i l l b eal o to fe n g i n e e r i n ge x c a v a t i o n ，s u c ha su n d e r g r o u n dc o a lr o a d w a ye x c a v a t i o n ．T h e c o n s t r u c t i o na n ds t a b i l i t yc o n t r o lo ft h e ma r eb a s e do nr o c km a s sd e f o r m a t i o n ，s t r e n g t h a n df a i l u r ec h a r a c t e r i s t i c s ．E x c a v a t i o no fu n d e r g r o u n de n g i n e e r i n gi s a c t u a l l y a c o m p l e xl o a d i n ga n du n l o a d i n gp r o c e s s ，t h e r e f o r e ，t h er o c kd u r i n gt h ee x c a v a t i o n p r o c e s si nl o a d i n g ，u n l o a d i n gc h a n g i n gs t r e s se n v i r o n m e n t ．R o c ka n dg r o u t i n gs u p p o r t t h er e a rg u a r do fs u r r o u n d i n gr o c ki nl o a d i n ga n du n l o a d i n gd i f f e r e n ts h o u l ds t r e s sw i l l e x h i b i td i f f e r e n tc h a r a c t e r i s t i c s ．T h eQ i n a nC o a lM i n e3 4r o a d w a yg r o u t i n gs u p p o r t w a st a k e na st h es e a r c hb a c k g r o u n d ，t h em e t h o do fa n a l y s i so fl a b o r a t o r yt e s t sa n d t h e o r e t i c a l a n a l y s i s w a sa p p l i e d ，t h ee x t e m a la n di n t e r n a lc h a r a c t e r i s t i c sw a s c o n s i d e r e d ． W i t l lm eu n i a x i a lc o m p r e s s i o na n dc o n v e n t i o n a lt r i a x i a lc o m p r e s s i o nt e s tt og e tr o c ks l u r r y u n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n so fd e f o r m a t i o n ，s t r e n g t ha n df a i l u r ec h a r a c t e r i s t i c s , a n dw a t e rc e m e n t r a t i o ，a n dp a r t i c l es i z eo nm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fi m p a c t ；r e s p e c t i v e l y , t h ei n t r o d u c t i o no fp r e p e a ka n dp o s tp e a l d e f o r m a t i o np r o p e r t yp a r a m e t e r sD la n d0 2o nt h es t r e s ss t r a i nc u r v ei s d e s c r i b e d ．O nt h eb a s i so ft h el a u n c h e dt r i a x i a lu n l o a d i n gc o n f i n i n gp r e s s u r e ，a x i a lp r e s s u r et e s t , f u r t h e rd r a wr o c k s l u r r ys p e c i m e n sa f t e ru n l o a d i n gu n d e rt h ec o n d i t i o no fm e c h a n i c a l c h a r a c t e r i s t i c sa n dt h ei n f l u e n c i n gf a c t o r s ；T h e n , t h es t r e s s s t r a i nc u r v e so ft h et h r e ea x i sa n dt h e u n l o a d i n gc o n f i n i n gp r e s s u r et e s ta r ea n a 啦e d , a n dt h ec o n s t i t u t i v er e l a t i o no ft h ed i f f e r e n ts e c t i o n s i sd e s c r i b e db yt h es u b s e c t i o nm e t h o d ． F i g u r e [ 3 4 】t a b l e 【10 】r e f e r e n c e 【6 0 】 K e y W o r d s r o c ks l u r r y , l o a d i n ga n du n l o a d i n g ，m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ，i n f l u e n c i n g f a c t o r s C h i n e s eb o o k sc a t a l o g T D 35 3 I I 万方数据 目 录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I I l 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 选题背景及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．1 岩石加卸载试验的研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．2 岩石本构关系的研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．3 存在的问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．4 研究的主要内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．5 研究方法与技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 岩石浆体的加载力学特性试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。9 2 ．1 岩石材料力学特性概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．2 岩石浆体岩样的制备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．2 ．1 工程现场概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．2 ．2 水泥浆液的固结原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．2 ．3 岩石浆体岩样的制备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 l 2 ．3 试验装置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1 2 2 ．4 岩石浆体的单轴压缩试验及结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．4 ．1 试验方法与步骤⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l3 2 ．4 ．2 试验结果及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14 2 ．4 ．3 力学特性指标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．5 岩石浆体的三轴压缩试验及结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l9 2 ．5 ．1 试验方法与步骤⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 2 ．5 ．2 试验结果及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 2 ．5 ．3 三轴压缩试验岩石浆体强度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～2 2 2 ．5 ．4 三轴压缩试验岩石浆体的变形特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 2 ．5 ．5 三轴压缩试验岩石浆体的破坏特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 3 2 ．5 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 I I I 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 3 岩石浆体的卸荷力学特性试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 3 ．1 试验方法及方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 7 3 ．1 ．1 试验方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 7 3 ．1 ．2 方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 3 ．1 ．3 试验步骤⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 8 3 ．2 恒轴压、卸围压试验结果及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 3 ．2 ．1 恒轴压、卸围压试验岩石浆体强度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 l 3 ．2 ．2 恒轴压、卸围压试验岩石浆体变形特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 2 3 ．2 ．3 恒轴压、卸围压试验岩石浆体破坏特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 7 3 ．3 恒围压、循环卸轴压试验结果及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 3 ．3 ．1 恒围压、循环卸轴压试验岩石浆体强度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 9 3 ．3 ．2 恒围压、循环卸轴压试验岩石浆体变形特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5l 3 ．3 ．3 恒围压、循环卸轴压试验岩石浆体破坏特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 6 3 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 7 4 加卸荷条件下岩石浆体的应力一应变关系分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 4 ．1 加载条件下岩石浆体的应力．应变关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 9 4 ．1 ．1 概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 4 ．1 ．2 试验曲线的归一化处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 0 4 ．1 ．3 应力一应变关系的分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 4 ．1 ．4 应力一应变关系的参数求解⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 4 ．2 卸载条件下岩石浆体的应力．应变关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。6 3 4 ．2 ．I 概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 4 ．2 ．2 应力一应变关系的分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 4 4 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。6 5 5 结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 7 5 ．1 主要结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 7 5 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 8 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 9 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 3 W 万方数据 目录 作者简介及读研期间主要科研成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 5 V 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 V I 万方数据 目录 C o n t e n t s A b s t r a c t ⋯．⋯．⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I 1 I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．1 B a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo ft h es e l e c t e dt o p i c ⋯．⋯⋯⋯．．⋯．⋯⋯．⋯⋯．⋯．1 1 ．2 R e s e a r c hs t a t u sa th o m ea n da b r o a d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．1 R e s e a r c hs t a t u so f r o c kl o a d i n ga n du n l o a d i n gt e s t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．2 ．2R e s e a r c hs t a t u so f c o n s t i t u t i v er e l a t i o no f r o c k ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 ．3P r o b l e m s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．4T h em a i nc o n t e n t so ft h er e s e a r c h ⋯⋯．⋯．⋯．⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．6 1 ．5 R e s e a r c hm e t h o da n dt e c h n i c a ir o u t e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2T e s to fm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fr o c ks l u r r y ⋯⋯．．⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯9 2 ．1 A no v e r v i e wo f m e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f r o c km a t e r i a l s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．2R o c kr o c ks l u r r yp r e p a r a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．2 ．1 E n g i n e e r i n gs i t eo v e r v i e w ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．2 ．2 C o n s o l i d a t i o np r i n c i p l eo fc e m e n ts l u r r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11 2 ．2 ．3R o c kr o c ks l u r r yp r e p a r a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11 2 ．3T e s ta p p a r a t u s ⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯．．⋯．⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．．⋯．⋯⋯⋯．．⋯⋯．⋯⋯⋯．．．1 2 2 ．4U n i a x i a lc o m p r e s s i o nt e s ta n dr e s u l ta n a l y s i so f r o c ks l u r r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 2 ．4 ．1T e s tm e t h o d sa n dp r o c e d u r e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．13 2 ．4 ．2T e s tr e s u l t sa n dA n a l y s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14 2 ．4 ．3M e c h a n i c a lp r o p e r t yi n d e x ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16 2 ．5T e s ta n dr e s u l ta n a l y s i so f t h r e ea x i sc o m p r e s s i o no f r o c ks l u r r y ⋯．⋯．⋯．1 9 2 ．5 ．1T e s tm e t h o d sa n d p r o c e d u r e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．19 2 ．5 ．2T e s tr e s u l t sa n d A n a l y s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 2 ．5 ．3 S t r e n g t ho fr o c ks l u r r yi nt h r e ea x i sc o m p r e s s i o nt e s t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 2 2 ．5 ．4D e f o r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f r o c ks l u r r yi nt h r e ea x i st e s t ．⋯⋯．．．2 7 2 ．5 ．5T h ef a i l u r ec h a r a c t e r i s t i c so f t h r e ea x i st e s to f r o c ks l u r r y ⋯⋯⋯⋯3 3 2 ．5 ．6 S u m m a r y ⋯．⋯．⋯⋯．⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．．．⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．．3 4 ⅥI 万方数据 ．一 塞墼望三奎堂堡主堂垡笙奎一 _ _ _ 一一 3 U n l o a d i n gm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f r o c ks l u r r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 7 3 ．1 T h ed e s i g ns c h e m ea n dt e s tm e t h o d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 3 ．1 ．1 T e s tm e t h o d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 7 3 ．1 ．2 C o n c e p t u a ld e s i g n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯”3 7 3 ．1 ．3 T e s tp r o c e d u r e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 8 3 ．2 U n l o a d i n gc o n f i n i n gp r e s s u r et e s tr e s u l t sa n da n a l y s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 3 ．2 ．1 U n l o a d i n gc o n f i n i n gp r e s s u r et e s t so f r o c ks t r e n g t h ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯41 3 ．2 ．2 U n l o a d i n gc o n f i n i n gp r e s s u r et e s t s o fr o c kg r o u td e f o r m a t i o n p r o p e r t i e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 2 3 ．2 ．3 U n l o a d i n gc o n f m i n gp r e s s u r e t e s t so fr o c ks l u r r yf a i l u r e c h a r a c t e r i s t i c s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 7 3 ．3 C y c l i ca x i a lu n l o a d i n g t e s tr e s u l t sa n da n a l y s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 3 ．3 ．1 C y c l i ca x i a lu n l o a d i n g t e s to f r o c ks t r e n g t h ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 3 ．3 ．2 C y c l i ca x i a lu n l o a d i n g t e s to f r o c kg r o u td e f o r m a t i o np r o p e r t i e s 5 1 3 ．3 ．3 C y c l i ca x i a lu n l o a d i n gt e s to fr o c ks l u r r yf a i l u r ec h a r a c t e r i s t i c s 一5 6 3 ．4S u m m a r V ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 7 4 R e l a t i o n s h i pb e t w e e ns t r e s sa n ds t r a i no fr o c ks l u r r yu n d e rt h ec o n d i t i o no f l o a d i n g ．u n l o a d i n g ．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 4 ．I R e l a t i o n s h i pb e t w e e ns t r e s sa n ds t r a i no fr o c ks l u r r yu n d e rl o a d i n g c o n d i t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 9 4 ．1 ．1 S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 9 4 ．1 ．2N o r m a l i z e dt e s tc u r v e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 0 4 ．1 ．3 A n a l y s i so f s t r e s s s t r a i nr e l a t i o n s h i p ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯”6 1 4 ．1 ．4P a r a I n e t e rs o l u t i o no fs t r e s ss t r a i nr e l a t i o n s h i p ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 2 4 ．2 S t r e s s ．s t r a i nr e l a t i o no fr o c ks l u r r yu n d e ru n l o a d i n gc o n d i t i o n ⋯⋯⋯⋯．6 3 4 ．2 ．1S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 3 4 ．2 ．2 A n a l y s i so fs t r e s s ．s t r a i nr e l a t i o n s h i p ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“6 4 4 ．3 S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯。⋯⋯⋯⋯。⋯⋯⋯⋯。⋯⋯⋯”6 5 5 C o n c l u s i o na n dP r o s p e c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 7 ⅦI 万方数据 目录 5 ．1T h em a i ne o n c | u s i o n s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 7 5 ．2 E x p e c t a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8 R e f e r e n e e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 9 A c k n o w l e d g m e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 3 A u t h o rb r i e fi n t r o d u c t i o na n dt h em a i na c h i e v e m e n t si ns c i e n t i f i cr e s e a r c h ⋯．⋯⋯．7 5 I X 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 X 万方数据 第1 章绪论 1绪论 1 ．1 选题背景及意义 我国的煤炭资源较多，煤的形成时期较多，遍布全国的范围大，种类较多， 开发条件较好，产量领先于世界其他国家。进入2 l 世纪以来，随着石油、煤层 气等资源以及风能、太阳能等其他清洁资源的较大发展，我国能源结构发生了较 大变化，但是煤炭仍然是我国的主要能源，在较长的时间范围内，煤炭在我国能 源消费构成中的重要位置不会发生根本改变【l 】。 我国煤炭多数处于地下较深的位置，深度超过六百米的占我国煤炭总量的 2 ／3 以上。随着采掘生产向深部的延伸，岩体所处应力环境发生复杂变化，围岩 应力随着采掘活动的进行，在强动压下不断发生变化，巷道支护难度加大，对深 部煤矿的正常开采影响较大、良好的生产环境较难维持，需要不断返修，支护成 本明显增高【2 吲。由于人类对煤矿开采活动的开展，巷道围岩的原岩应力环境发 生变化，巷道围岩应力随着采掘活动的进行呈现出复杂的变化，尤其对于较深的 巷硐应力的变化更加难以预测。采掘活动使得巷道围岩处于加卸与卸载循环交替 的应力环境中，巷道的变形随着所处应力环境的变化而发生不同的变化，围岩的 复杂变形使得道支护难度明显加大，采掘活动难以安全的进行。因此研究较深巷 道围岩所处的应力环境对其变形和破坏规律的影响是巷道围岩支护的基本出发 点。 岩体具有复杂的地质结构和赋存条件，由于地质构造和重力作用使岩体中存 在地应力，随着人类采掘活动的进行，使得岩体中存在的应力得到了相应的释放 空间，即由于岩石工程的开挖和开采引起地应力以变性能的形式释放，而引起岩 石工程变形和破坏的作用力正是这种“释放载荷”，它是围岩变形和破坏的根本 作用力f 7 】。工程岩体处于加载和卸载交替变换的应力环境中，加载和卸载应力条 件下岩体的力学特性有一定的差别，相应的力学参数与变形破坏规律也有所不 同。 针对祁南煤矿3 4 下采区的具体地质条件及其巷道注浆支护特点，提出加卸荷 条件下岩石浆体力学特性的试验研究的课题，对岩石浆体在加卸荷不同应力条件 下的力学特性进行分析研究，从应力条件与自身结构对其进行深入研究，从而得 出不同应力条件下岩石浆体的主要力学参数与变形破坏的变化规律，其对矿井的 安全生产具有重要意义，同时，本课题研究对于类似的地质条件及其支护形式具 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 有相应的借鉴意义。 1 ．2 国内外研究现状 1 ．2 ．1 岩石加卸载试验的研究现状 岩体工程涉及到的范围较为宽广，不同的工程将产生不同的力学环境。煤矿 井下巷硐采掘的活动中将有卸荷出现，导致应力场的再次分布，应力场的再次分 布在其切向表现为加载，而径向则表现为卸载，即加载与卸载两种应力条件同时 存在于地下岩体工程【8 1 。如图1 所示。 ／／万≯易乃7 乃7 7 7 a b c 图1洞室应力示意图【8 】 F i g ．1 S c h e m a t i cd i a g r a mo f t h ec a v e r ns t r e s s a c r 0 分布图 b 仃，．分布图 c A 点放大应力图 岩石材料的力学特性包括强度特性和变形特性，分析研究其力学特性是认识 岩石材料的基本出发点，进而对其进行更深入的理论研究，同时为现场的工程应 用提供可靠的参数。不同的应力条件将对岩石的力学特性产生不同的影响，如岩 石在加载与卸载条件下的力学特性有不同的表现，为了研究岩石在不同应力条件 下的力学性质，国内外科研工作者从不同方面对岩石材料在加载与卸载不同应力 条件下的力学特性进行了大量的试验研究，并取得了丰富的研究成果。 许江等【9 ] 对煤展开了加卸载应力条件下的变形等特性进行试验研究，得出试 验结果与现场卸压开采较为符合；高春玉等【1 0 】对大理岩做了很多的加卸荷试验， 得出了其在不同力学环境中的力学变化特征；S w a n s o n tX 1 ] 通过试验分析了相关岩 石材料卸荷时的力学特性，得出不同应力与其力学特性的影响程度，C r o u c h [ 1 2 】后 来又验证了这一观点。张政辉等【1 3 】分析总结了岩石的卸载力学特性，得出了其在 加卸荷不同力学环境中指标值的不同，并研究了卸载力学特性对力学数据采集的 影响。尹光志等【H 】通过加卸荷试验分析了原煤试件在这种应力条件下的力学特 2 万方数据 第1 章绪论 性。李庶林等[ 1 5 】对岩石展开了加卸荷试验，分析了其在该种力学环境中的变形特 性。朱俊高等【M 1 为了得到粗粒土在不同应力条件下的相应力学特性的不同，对其 开展了相应的加卸荷试验。周家文等【1 7 】从外部应力环境与试件本身两个方面考 虑，对相应的岩石展开了一定的加卸荷试验，对其在该应力下的相关力学特性开 展了针对性的分析。叶洲元等【1 8 1 利用动静组合加载S H P B 测试系统模拟了砂岩加 卸载后继续加载又受动力扰动的情况；任建喜[ 1 9 】也从试件外部的力学环境与试件 自身的特点对相关含缺陷试件并利用相关设备展开了相对较复杂的加卸荷力学试 验对其相关特性进行了分析，得出了相关结论。 夏才初等【2 0 】为了得到内部有一定缺陷的试件在相应加卸荷作用下的相关特 性，开展了相应试验，得出 1 在o3 不变降低ol 卸载偏应力时，完整岩石的 相关试验曲线在该力学环境中相同，而缺陷试件则不同； 2 通过2 种不相同的 路径卸载主应力差过程中，节理岩石的变形特性表现出很大差异；唐明明等【2 l 】为 了得到不同岩性的试件在不同力学环境中的相应力学特性的不同，开展了相关的 加卸荷试验，得出采用经过多次循环加载后加载曲线描述弹性模量与实际较为符 合；张成良等【2 2 】根据现场实际的卸荷特点，对相应岩石的力学特性开展加卸荷试 验，得出了通过卸载试验获得的力学参数与现场的开挖实际更接近；侯公羽等【2 3 】 依据工程现场围岩所处的加、卸载复杂的应力环境，采用数值分析方法对开挖卸 荷效应开展研究，并提出工程现场开挖卸荷4 个阶段的模拟方法；祝捷等[ 2 4 】考 虑煤矿开采中的卸荷特点，通过加卸荷试验研究了分析了其相应的指标黄润秋 等f 2 5 】探讨了岩石材料的加卸载力学特性及岩体结构等因素对巷道围岩变形开裂 的影响规律；孟波等【2 6 l 通过反复加载卸围压试验，研