玲珑金矿花岗岩岩爆倾向性的实验研究.pdf

第 4 0卷 第 1 5期 2 0 1 4年 5 月 山 西 建 筑 SHANXI ARCHI TECTURE Vo 1 ． 40 No． 1 5 Ma y ． 2 0 1 4 5 7 文章编号 1 0 0 9 - 6 8 2 5 2 0 1 4 1 5 0 0 5 7 0 3 玲 珑 金 矿 花 岗 岩 岩 爆 倾 向 性 的 实 验 研 究 刘润田 张雪楣 刘吉兴 山东黄金矿业 玲珑 有限公 司， 山东 烟台2 6 4 0 0 0 摘要 通过基本岩石力学实验 ， 得到了花岗岩的力学参数， 在此基础上， 建立了三种岩爆倾向性指标 岩石脆性指数、 岩石弹性变 形能指数、 岩石冲击能指数 对其进行岩爆倾向性判别， 结果表明 玲珑金矿花岗岩为强岩爆倾向性 ， 已具备了发生强烈岩爆的内 部条件。 关键词 岩石力学实验 ， 岩爆倾向性， 深部开采， 评价指标 中图分类号 T D 2 3 5 ． 1 文献标识码 A 0 引言 山东黄金集团的玲珑金矿是山东黄金主体矿 山之一， 也是我 国黄金矿山开采历史悠久和开采深度最大的黄金矿山之一。经 过半个多世纪的规模开采， 矿山资源已近枯竭， 已列入国家资源 危机矿山之列。近年来矿山加大了深部资源找矿力度， 已在深部 多处发现了新的资源， 使矿山重焕生机， 矿山目前已进入深部开 采 ， 开采深 度超 过 1 0 0 0 m。矿山前期岩石 力学研究表 明 ， 该 矿属 于高地应力地区， 随着矿区开采深度增加， 矿区地应力明显增强， 受地应力影响和开采过程中的二次应力场改变的影响， 井下岩石 应力发生集中， 岩爆事故时有发生， 这些 已经严重威胁到井下工 人作业的安全与资源、 财产损失， 进而影响到矿山生产效能的提 高与企业的经济效益。因此， 有必要开展玲珑金矿深部花岗岩的 力学特性研究， 建立相应的岩爆倾向性判别指标 ， 对其岩爆倾 向 性进行判别， 为玲珑金矿深部地压控制提出早期对策。 1 玲珑金矿花岗岩力学实验 目前的研究表明， 发生岩爆的条件有 1 岩体中有较高的地 应力， 且其大小超过岩石本身的强度； 2 岩石具有较高的脆性度 和弹性 ．2 J 。具备以上两个条件， 一旦地下工程破坏了岩体的平 衡， 强大的能量使岩体破坏 ， 并将破碎岩石抛出。现有的岩爆倾 向性研究均以岩石基本物理力学性质为基础 ， 结合现场地应力及 岩石所受的应力水平等因素来评判发生岩爆的可能性 。因此 ， 为研究玲珑金矿花岗岩岩爆倾 向性 ， 首先要开展岩石单轴压缩 实验 、 劈裂拉伸实验和单轴加卸载实验 ， 得到岩石基本物理力学 参数 。 1 ． 1 实验方 案及过 程 实验所用的岩石试样采 自玲珑金矿西山坑 口一 5 0 m中段 ， 在 实验室用取芯机、 切割机和磨石机将岩石加工成标准力学实验试 样后， 用 S A N S - C H T 4 6 0 5型液压万能试验机进行了单轴压缩实验 和劈裂拉伸实验。 岩石的压缩实验分两组进行 其中一组试样在试验机上以 恒定 0 ． 3 mm ／ m i n的位移加载速率加载至试样破坏， 得到其单轴 压缩破坏全过程的应力应变曲线， 并且计算得 出其单轴抗压强 度； 另一组试样在试验机上以恒定 0 ． 3 mm ／ mi n的位移加载速率 加载至单轴压缩强度的 8 0 ％～9 0 ％， 然后以 1 2 0 k N ／ m i n的速率 进行卸载， 试样并不压坏 ， 这样可以得到试样的加卸载应力应变 曲线 。 岩石的抗拉实验采用间接的巴西劈裂法进行 ， 即在圆柱体试 样的直径方向上， 施加相对的线形荷载， 使之沿试样直径方向破 坏的实验。实验时， 在试件的两端侧面沿轴线方向画两条加载基 线 ， 将两根垫条沿加载基线固定。考虑到实验对象为较硬的花岗 岩 ， 应选用直径为 1 m m的钢丝为垫条； 将试件置于试验机承压板 中心， 调整球形座， 使时间均匀受力 ， 作用力通过两垫条所确定的 平面， 加载速率设置为0 ． 2 MP a ／ s ， 直至试件破坏。 1 ． 2实验 结 果及分 析 按照上述实验方案， 对玲珑花岗岩进行 了常规力学实验 ， 典 型的单轴压缩破坏荷载位移曲线如图 1所示， 加卸载应力应变曲 线如图2所示 ， 劈裂拉伸破坏的荷载位移曲线及破坏试样如图 3 和图4所示。各试件的力学参数结果汇总见表 1 和表 2 。 3 0 0 至2 5 0 20 0 萎 挥5 O 0 轴向位移 A ／ ／ m m 图 1 抗压试件 C T1 的轴 向载荷位移 曲线图 Z 棹 赫 位移／ mm 图 2 加卸载试件 C T5的应力应变关系 图 3 拉伸试件 图 4 拉伸 BT 5的载荷一 位移 曲线图 试件的破坏形式 表 1 单轴压缩破坏实验结果 试件编号 实验类别 直 m m 自 _ ／ m m 抗压强度／ MP a 弹／ c P ． 泊松 比 C T l 4 7 ． 9 3 5 9 8 ． 5 0 5 1 6 3 ． 8 2 1 ． 1 4 O ． 2 4 C 他 单轴压缩 4 8 ． 0 8 l 0 o ， 1 2 5 1 5 2 ． 9 5 1 ． 3 9 0 ． 2 6 C 1 3 破坏实验 4 7 ． 5 1 5 l o 0 ． 6 7 5 l 5 8 ． 4 6 3 ． 7 4 O ． 2 3 平均值 1 5 8 ． 4 4 5 ． 2 0 ． 2 4 表 2劈裂拉伸 实验 结果 试件编号 实验类别 直 m m 高／ m m 峰值载荷／ k N 抗拉强度／ M P a I ’5 4 7 ． 5 5 5 4 8 ． 4 l 1 4 ． 8 7 2 4 ． 1 l B 1 ’6 劈裂拉 4 8 ． 0 3 5 1 ． 9 4 5 1 2 ． 9 4 7 3 ． 3 l B 髓 伸实验 4 7 ． 5 8 5 4 8 ． 6 8 2 4 ． 3 9 5 6 ． 7 1 平均值 4 ． 7 l 2 玲珑金矿花岗岩岩爆倾 向性评价 2 ． 1 评价指标的建立 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 3 ， 1 6 作者简介 刘润田 1 9 6 2 ． ， 男， 高级工程师； 张雪楣 1 9 7 0 - ， 女， 高级工程师； 刘吉兴 1 9 8 1 一 ， 男， 助理工程师 第 4 O卷 第 1 5期 5 8 2 0 1 4年5月 山 西 建 筑 岩爆倾向性预测是防治岩爆灾害的基础 ， 根据预测结果及时 进行岩石工程的反馈设计， 采取防治措施， 对于深部资源的安全 高效回采具有重要的理论意义及实用价值 J 。目前岩爆倾向性 评判的方法大体可分为两类 ， 即以各种单一指标为基础的指标评 判法和以统计数学方法为基础的综合评判方法。本文采用三种 单一指标法对玲珑金矿花岗岩的岩爆倾向性进行评价。 1 岩石脆性系数法。 用岩石的单轴抗压强度与抗拉强度之比来表示岩石 的脆性 系数 B， 判别指标准则见表 3 ， 其计算式为 B o r ／ t r 1 2 岩石弹性变形能指标 。 弹性能量指标通过对岩石试块进行单轴压缩加载和卸载实 验确定。该指标的值这样确定 在实验室对岩样进行单轴压缩实 验， 取应力为岩石强度的 8 0 ％～9 0 ％时记录的应力应变曲线 ， 用 图形积分法求出弹性变形能量储能与塑性变形耗能之比， 即为弹 性变形能量指数 ， 其计算公式为 E ／ E 2 其中， E 。 为弹性变形能 ； E 为塑性变形能。K i d y b i n s k i 根据 波兰煤岩的试验结果， 给 出了 的岩性 临界判别指标 ， 如表 3 所 示 。 3 岩石冲击能指标 ， 。 冲击倾向性是产生岩爆的矿岩体的固有属性 ， 指矿岩能够聚 集弹性应变能并在超过其本身的强度后突然释放的各种物理力 学性质的总和。运用单轴压缩实验过程中的应力应变全过程曲 善 匠 撂 叵 撂 蓦 雾 线来求取岩爆能量冲击性指标 ， 其计算公式为 F l ／ F 2 3 其中， F 。 为峰值强度前全应力应变曲线与横坐标围成 的面 积； 为峰值强度后全应力应变曲线与横坐标围成的面积。岩石 冲击能指标的判别标准见表3 。 表 3岩爆倾 向性判别标准 脆性 系数 弹性变形能指标 岩 石 中 击能 指标 判别情况 B1 O 2 ． 0 ≤1 ． 0 无岩爆倾 向性 1 0 ≤B ≤1 4 2 ． 0 ≤W e ． 3 ． 0 1 ． 0 2 ． 0 弱岩爆倾 向性 1 4 ≤B ≤1 8 3 ． 0 ≤ 3 ． 0 强岩爆倾 向性 2 ． 2岩 爆倾 向性 评 价 由岩石力学实验结果可知， 玲珑金矿花岗岩的平均抗压强度 为 1 5 8 ． 4 M P a ， 平均抗拉强度为 4 ． 7 1 MP a ， 根据脆性系数的定义 ， 计算得到其脆性系数为 3 3 ． 6 ， 可知玲珑金矿的花岗岩为强岩爆倾 向性 。 根据弹性变形能的定义， 进行了单轴加卸载实验， 并计算 了 各试件的弹性变形能指标 ， 如图 5所示。从图5中可以看到， 三个试样的平均弹性变形能指数为6 ． 5 2， 其判定结果为强岩爆倾 向性 。 从岩石的单轴压缩破坏全应力应变曲线， 可以计算得到岩石 的冲击能指数 ， 如图6所示。从图 6中我们可以看到， 三个试 样的平均弹性变形能指数为2 ． 9 9 ， 其判定结果为中等 一强岩爆倾 向性。 轴向应变 b 试样 C T 6 图 5 弹性变形能指数 w 的计算 轴 向应 变 b 试样 C T 2 譬 恒 窖 厘 摒 轴向应变 c 试样 C T 7 轴 向应变 c 试样 C T 3 图 6 岩石 冲击能指数 的计算 以上三种指标均判定玲珑金矿花岗岩为强岩爆倾向性， 可见 [ 1 ] 陶振宇． 高地应力区的岩爆及其判别 [ J ] ． 人民长江， 1 9 8 7 玲珑金矿花岗岩已具备了发生岩爆的内在因素， 在外界一定的应 5 2 5 3 2 ． 力条件下， 就有可能会引发强岩爆现象。 [ 2 ] 周瑞忠． 岩爆发生的规律和断裂力学机理分析[ J ] ． 岩土工 3结 语 程学报 ， 1 9 9 5 ， 1 7 6 1 1 1 1 1 7 ． 躲取 岩 石 脆 性 弹 性 变 岩 石 冲 指 沙 嚣墨 兰 测 鲫 数等三种指标对玲珑金矿的花岗岩进行了岩爆倾向性评价。结 [ 4 ] 徐林生 ．卸荷状态下岩爆岩石力学试验[ J ] ． 重庆交通学院 果表明， 玲珑金矿花 岗岩为强岩爆倾 向性岩石， 已具备发生强烈 学报 ，2 0 0 3 ， 2 2 1 1 - 4 ． 岩爆的内在因素。 [ 5 ] 张津生 ，陆家佑 ， 贾愚如． 天 生桥二 级 水 电站 引水 隧洞岩 爆 2 岩石的岩爆倾向性评价能为深部开采岩爆的控制提供依 研究[ J ] ． 水利发电， 1 9 9 1 1 0 3 4 ． 3 7 ， 7 6 ． 据， 但还远远不够， 实际工程中还应考虑更多方面的因素。 [ 6 ] 王文星， 潘长良， 冯 涛． 确定岩石岩爆倾向性的新方法及 参考文献 其应用【 J ] ． 有色金属设计， 2 0 0 1 ， 2 8 4 4 2 ． 4 6 ． 第 4 0卷 第 1 5期 2 0 1 4年 5 月 山 西 建 筑 SHANXI ARCHI TECTURE Vo 1 ． 4 0 No ．1 5 Ma y ． 2 0 1 4 5 9 文章编号 1 0 0 9 6 8 2 5 2 0 1 4 1 5 0 0 5 9 - 0 2 复合土钉支护技术在深基坑工程中的应用 李 林 芳 大同市建筑设计研究院 ， 山西 大同0 3 7 0 0 6 摘要 结合东莞市东方华府二期深基坑工程实例， 对基坑围护结构的选择方法进行了介绍， 并对复合土钉支护技术的设计与施 工要点进行了探讨， 指出在深基坑中采用土钉与预应力锚索组合的复合土钉支护技术， 有效控制了基坑变形， 提高了基坑边坡的 稳定性。 关键词 深基坑， 复合土钉， 设计， 施工要点 中图分类号 T U 4 6 3 文献标 识码 A 0 引言 随着建设工程中对地下空间的不断开发利用， 基坑工程开 挖的面积和深度越来越大 ， 基坑周边环境越来越复杂， 而工程造 价要求越来越严格 ， 施工难度 日趋加大， 深基坑支护的安全性 、 便捷性 、 经济性的统筹协调难度也大幅增加。支护技术中， 土钉 支护具有经济可靠 、 施工快捷等特点 ， 在基坑工程 中应用较多。 但对于软土等不 良土质、 地下水位较高及对变形控制严格的基 坑工程， 土钉支护不可单独用。近些年 ， 在土钉支护的基础上又 研发了土钉与预应力锚杆 锚索 、 超前微桩等组合的复合型土 钉 支护 。 结合东莞市东方华府二期深基坑工程， 对土钉与锚杆组合式 支护技术的设计与施工技术进行了探讨。该基坑周边的变形要 求较严 ， 为保证基坑周边建筑的正常使用 ， 采用土钉与预应力锚 索组合的复合土钉支护技术。该支护形式可有效地控制基坑变 形 ， 大幅提高基坑边坡的稳定性。 1 工程概 况 本工程为东莞市东方华府二期深基坑工程， 位于东莞市天源 电脑城东的后侧。地下工程为几栋高层住宅的三层地下室， 基坑 开挖深度 1 3 ． 7 m， 依据工程破坏后果及场地复杂程度等综合判 别 该基坑工程为临时支护 ， 安全等级为一级。 2工 程场地概 况 1 工程地质情 况。 本工程场地范围内各地层的分布和工程特性详见表 1 。 2 水文地质情况。 表 1 场地 内各土层信息表 土层名称 成 因符号 颜色 厚度 湿度 备注 ①杂填土 Q 色杂 0 ． 6～ 2 ． 8 松散， 近期堆填形成， 场地范围内普遍分布 ②耕土 Q p d 灰、 灰黄、 深灰色 0 ． 4～ 1 ． 0 稍湿 ～ 湿 软塑粘性土质， 含少量根系及砂粒 ③． ． 粉质粘土 Q p 棕红、 灰黄、 灰白色 2 ． 4 5 ． 0 饱和 可塑， 局部有缺失 ③- 2 中细砂 Q p 黄色、 灰黄等 0 ． 8～ 2 ． 0 稍密， 主要由中细粒石英砂组成， 局部有缺失 ④粉质粘土 Q 灰黄、 浅棕等 0 ． 6～ 2 ． O 稍湿 一 湿 可塑， 局部硬塑， 局部有缺失 ⑤砂质粘土 Q 色杂 0 2 ～ 1 7 ． 9 稍湿 硬塑， 残余原岩结构构造， 土芯泡水后易软化崩解， 大多数孔有缺失 ⑥． 1 全风化花岗片麻岩 Z d 灰白、 浅红褐等色 1 ． 0～ 1 6 ． 5 原岩结构 已完全改变 岩质 软， 场区内较连续分布 ⑥．2 强风化花岗片麻岩 Z d 主要为灰白色 2 ． 4 4 0 ． 5 风化剧烈， 原岩结构、 构造基本破坏 ⑥-3 中风化花岗片麻岩 Z d 灰白色为主 O ． 5～ 6 ． 5 Ⅳ级， 风化裂隙发育， 岩质较坚硬， 变晶结构， 块状构造 该基坑北一中一东南部的中细砂层原为一条较窄的古河道， 为中 一强透水性地层 ， 其他地层为弱 ～微透水性地层。场地的地 下水类型有 松散岩类孔隙微承压水， 块状基岩裂隙潜水和松散 类孔隙潜水 潜水分布在两侧原山坡和山丘地段 。地下水位埋 藏较浅， 稳定水位平均埋深 3 ． 1 5 m， 随地形及季节性气候影响的 年波动幅度约 0 ． 5 m～ 5 m。 3 基坑周边情况。 该基坑边距西北侧 的体 育路最短距 离约 1 6 m， 能放坡 开挖 ； 距东北侧 1 0层的浩宇大厦的距离为 6 ． 5 m一 1 0 m； 距东侧的山丘 5 m； 距南侧现行施工用地外的规划公路边线约 1 0 m； 距西侧天源 电脑城边的规划公路边线约 8 m。基坑周边环境对基坑的变形要 求较高。 3 基坑 围护结构 的选择与设计 3 ． 1 基坑 围护结 构 的选择 考虑基坑周边环境及工程地质条件， 经与其他支护形式从经 济、 安全 、 施工等角度综合比较， 拟采用放坡及喷锚相结合的 A～ G Ex p e r i me n t a l s t u d y o n t h e r o c k b u r s t t e n de n c y o f t h e g r a n i t e i n Li n g l o n g g o l d m i n e LI U Ru n - t i a n ZHANG Xu e me i LI U J i - x i n g S h a n d o n g G D Mi n i n g L i n g l o n g C o ． ， L t d ，Y a n t a i 2 6 4 0 0 0， C h i n a Ab s t r a c t T h r o u g h t h e b a s i c r o c k me c h a n i c s e x p e r i me n t ，g a i n e d t h e me c h a n i c a l p a r a me t e r s o f g r a n i t e ．B a s e d o n t h i s ，e s t a b l i s h e d t h r e e k i n d s o f r o c k b u r s t p r o n e n e s s i n d e x r o c k b r i t t l e n e s s i n d e x ， r o c k e l a s t i c d e f o r m a t i o n e n e r g y i n d e x ，r o c k b u r s t e n e r g y i n d e x m a d e r o c k b u r s t p r o n e n e s s di s c r i mi na t e t o i t ．T he r e s u l t s s h o we d t ha t ，t h e Li ng l o n g g o l d mi ne gra n i t e h a d s t r o n g r o c k b ur s t p r o n e n e s s ，h a d i nt e r n a l c o n d i t i o n s wi t h s t r o ng r o c k b u r s t ． Ke y wo r d sr o c k me c h a n i c s t e s t ，r o c k b u r s t p r o n e n e s s ，d e e p mi n i n g，e v alu a t i o n i n d e x 收稿 日期 2 0 1 4 0 3 0 6 作者简介 李林芳 1 9 8 0 一 ， 女， 工程师