不同硐室开挖条件深部围岩长期力学行为室内模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种不同硐室开挖条件深部围岩长期力学行为室内模拟方法，其包括以下步骤：向预处理后的样品加载样品原位应力；通过轴压和围压模拟硐室不同开挖条件开挖前的深部围岩应力环境；通过升高轴压和降低围压模拟开挖时的深部围岩应力环境；调整轴压和围压模拟开挖后硐室初步形成阶段深部围岩应力环境；降低围压和轴压，得到模拟硐室变形发展阶段的样品；降低硐室变形发展阶段中施加的围压和轴压，得到模拟围岩在硐室添加支护后最终的应力变形阶段的样品。本发明专利技术可以得到不同硐室开挖条件扰动影响下的岩石长期力学行为，探究深部围岩在真实赋存环境不同硐室开挖条件下的长期强度、损伤演化及其长期稳定性，为后续工程开挖提供依据。

Indoor simulation method for long term mechanical behavior of deep surrounding rock under different chamber excavation conditions

The invention discloses an indoor simulation method for long-term mechanical behavior of deep surrounding rock under different chamber excavation conditions, which comprises the following steps: loading in-situ stress of sample to pre-treated sample; simulating the stress environment of deep surrounding rock before excavation under different chamber excavation conditions by axial pressure and confining pressure; increasing axial pressure and reducing confining pressure Simulate the stress environment of deep surrounding rock during excavation; adjust the axial pressure and confining pressure to simulate the stress environment of deep surrounding rock in the initial formation stage of the chamber after excavation; reduce the confining pressure and axial pressure to get the sample of simulating the deformation development stage of the chamber; reduce the confining pressure and axial pressure applied in the deformation development stage of the chamber, and get the simulated surrounding rock added to the chamber. After the support, the final stress and deformation stage of the sample is obtained. The invention can obtain the long-term mechanical behavior of rock under the influence of disturbance of different chamber excavation conditions, explore the long-term strength, damage evolution and long-term stability of deep surrounding rock under different chamber excavation conditions in the real environment, and provide a basis for subsequent engineering excavation.

【技术实现步骤摘要】
不同硐室开挖条件深部围岩长期力学行为室内模拟方法
本专利技术涉及岩石力学试验领域，具体涉及不同硐室开挖条件深部围岩长期力学行为室内模拟方法。
技术介绍
我国未来矿产资源开发将全面进入1000-2000m深部开采阶段，向地球深部进军是我国当前亟待解决的战略科技问题。近十几年来，我国深地空间开发速度逐渐加快，面对深地复杂环境条件，深地隧洞、地下厂房、国防洞室及地下实验室等深部空间长效开发利用都面临着挑战。以上现象表明，目前亟需开展深部围岩长期力学行为的相关研究。不同硐室开挖条件下，深部围岩的初始赋存和开挖扰动应力环境存在显著差别，导致其长期力学行为特征和损伤破坏过程的差异化呈现；尤其是进入深部采掘阶段后，深部围岩特征力学行为表现出异于浅部且强烈的应力、温度、渗流以及时间相关性，有必要深入探讨不同硐室开挖条件下的深部围岩长期力学行为特征，为深地工程实践提供科学指导。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的不同硐室开挖条件深部围岩长期力学行为室内模拟方法模拟了不同硐室开挖条件深部围岩长期力学行为，为深地工程实践提供了科学指导。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：提供一种不同硐室开挖条件深部围岩长期力学行为室内模拟方法，其包括以下步骤：S1、获取深部岩石样品，并将样品进行预处理后放入应力加载装置；S2、通过应力加载装置向预处理后的样品加载样品原位应力；S3、通过升高样品轴压和降低样品围压模拟硐室不同开挖条件开挖前的深部围岩应力环境；S4、根据不同开挖条件对应的围岩扰动应力峰值升高样品轴压并降低样品围压，模拟不同硐室开挖条件下的开挖扰动阶段；S5、根据硐室围岩出现的环向应力集中和径向应力卸荷改变所述开挖扰动阶段中加载的围压和轴压，模拟硐室边界初步形成的阶段；S6、降低所述硐室边界初步形成的阶段中施加的围压和轴压，得到模拟硐室变形发展阶段的样品，即开展未加支护的不同开挖条件扰动影响下深部围岩长期力学行为研究的对象；S7、根据硐室支护应力的变化情况，升高硐室变形发展阶段中施加的围压并降低轴压，得到模拟围岩在硐室添加支护后最终的应力变形阶段的样品，即开展加支护的不同开挖条件扰动影响下深部围岩长期力学行为研究的对象。进一步地，步骤S1中深部岩石样品为圆柱体，其直径为50mm，高度为100mm；所述将样品进行预处理后放入应力加载装置的方法包括：S1-1、磨平样品表面杂质并补齐样品凹陷处；S1-2、将样品套入热缩膜中，通过热风枪将热缩膜贴合在样品表面；S1-3、将贴合有热缩膜的样品放置在应力加载装置的三轴试验平台上，升高仪器底座使贴有热缩膜的样品的压头上表面贴合；S1-4、在热缩膜外侧表面轴向安置轴向引伸计；在热缩膜外侧表面环向安置环向引伸计；S1-5、将安置有轴向引伸计及环向引伸计的样品放入三轴室，降下三轴室缸壁，并在三轴室内充满无挥发矿物质硅油。进一步地，步骤S2的具体方法为：根据公式σ原位围压＝γHσ原位轴压＝λγH同时施加原位应力的围压σ原位围压和轴压σ原位轴压；其中γ为容重，单位为kN/m3；H为开挖深度，单位为m；其中λ为原位应力阶段轴压与围压的固定比值，不随模拟的进展而改变。进一步地，步骤S3的具体方法为：根据公式σ开挖前环境围压＝3σ开挖前环境轴压/(5λ)＝0.9γHσ开挖前环境轴压＝1.5λγH同时施加硐室不同开挖条件开挖前的深部围岩应力环境中的围压σ开挖前环境围压和轴压σ开挖前环境轴压。进一步地，步骤S4的具体方法为：根据公式σ开挖扰动围压＝2σ开挖扰动轴压/(5αλ)＝0.4γHσ开挖扰动轴压＝αλγH同时施加不同开挖条件对应的围岩扰动应力峰值加载样品围压σ开挖扰动围压和轴压σ开挖扰动轴压；其中α为不同开挖条件对应的围岩扰动应力峰值，不同开挖条件包括全断面钻爆法、分部开挖钻爆法和全断面掘进机法，所述全断面钻爆法、分部开挖钻爆法和全断面掘进机法的围岩扰动应力峰值分别为3.0、2.5、2.0。进一步地，步骤S5的具体方法为：根据公式σ初步形成阶段围压＝3/2(λ-1)γHσ初步形成阶段轴压＝(3λ-1)γH同时改变开挖扰动阶段中加载的围压和轴压，得到硐室边界初步形成阶段的围压σ初步形成阶段围压和轴压σ初步形成阶段轴压。进一步地，步骤S6的具体方法为：根据公式σ变形发展阶段围压＝3/4(λ-1)γHσ变形发展阶段轴压＝4/5(3λ-1)γH同时得到硐室边界初步形成的阶段中施加的围压σ变形发展阶段围压和轴压σ变形发展阶段轴压，进而得到模拟硐室变形发展阶段的样品。进一步地，步骤S7的具体方法为：根据公式σ应力变形阶段围压＝3/4(λ-1)γH+piσ应力变形阶段轴压＝4/5(3λ-1)γH-pi同时降低硐室变形发展阶段中施加的围压和轴压，得到围岩在硐室添加支护后最终的应力变形阶段的围压σ应力变形阶段围压和轴压σ应力变形阶段轴压，进而得到模拟围岩在硐室添加支护后最终的应力变形阶段的样品；其中pi为硐室支护应力。本专利技术的有益效果为：通过本模拟方法，可得到不同硐室开挖条件扰动影响下的岩石长期力学行为，分析不同硐室开挖条件下深部围岩的应变随时间的变化曲线及试样的破坏特征，从而探究深部围岩在真实赋存环境不同硐室开挖条件下的长期强度、损伤演化及其长期稳定性，为后续工程开挖提供依据。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为地下硐室围岩开挖扰动应力空间展布规律；图3为不同硐室开挖条件实验加卸载方案应力路径图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。如图1所示，该不同硐室开挖条件深部围岩长期力学行为室内模拟方法包括以下步骤：S1、获取深部岩石样品，并将样品进行预处理后放入应力加载装置；应力加载装置为法国TOPINDUSTRIE2518高温高压流变仪；S2、通过应力加载装置向预处理后的样品加载样品原位应力；S3、通过升高样品轴压和降低样品围压模拟硐室不同开挖条件开挖前的深部围岩应力环境；S4、根据不同开挖条件对应的围岩扰动应力峰值加载样品围压和轴压，模拟不同硐室开挖条件下的开挖扰动阶段；S5、根据硐室围岩出现的环向应力集中和径向应力卸荷改变开挖扰动阶段中加载的围压和轴压，模拟硐室边界初步形成的阶段；S6、降低硐室边界初步形成的阶段中施加的围压和轴压，得到模拟硐室变形发展阶段的样品，即开展未加支护的不同开挖条件扰动影响下深部围岩长期力学行为研究的对象；S7、根据硐室支护应力降低硐室变形发展阶段中施加的围压和轴压，得到模拟围岩在硐室添加支护后最终的应力变形阶段的样品，即开展加支护的不同开挖条件扰动影响下深部围岩长期力学行为研究的对象。步骤S1中深部岩石样品为圆柱体，其直径为50mm，高度为100mm；将样品进行预处理后放入应力加载装置的方法包括：S1-1、磨平样品表面杂质并补齐样品凹陷处；S1-2、将样品套入热缩膜中，通过热风枪将热缩膜贴合在样品表面；S1-3、将贴合有热缩膜的样品放置在应力加载装置的三轴试验平台上，升高仪器底座使贴有热缩膜的样品的压头上表面贴合；S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不同硐室开挖条件深部围岩长期力学行为室内模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、获取深部岩石样品，并将样品进行预处理后放入应力加载装置；S2、通过应力加载装置向预处理后的样品加载样品原位应力；S3、通过升高样品轴压和降低样品围压模拟硐室不同开挖条件开挖前的深部围岩应力环境；S4、根据不同开挖条件对应的围岩扰动应力峰值升高样品轴压并降低样品围压，模拟不同硐室开挖条件下的开挖扰动阶段；S5、根据硐室围岩出现的环向应力集中和径向应力卸荷改变所述开挖扰动阶段中加载的围压和轴压，模拟硐室边界初步形成的阶段；S6、降低所述硐室边界初步形成的阶段中施加的围压和轴压，得到模拟硐室变形发展阶段的样品，即开展未加支护的不同开挖条件扰动影响下深部围岩长期力学行为研究的对象；S7、根据硐室支护应力的变化情况，升高硐室变形发展阶段中施加的围压并降低轴压，得到模拟围岩在硐室添加支护后最终的应力变形阶段的样品，即开展加支护的不同开挖条件扰动影响下深部围岩长期力学行为研究的对象。

【技术特征摘要】
1.一种不同硐室开挖条件深部围岩长期力学行为室内模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、获取深部岩石样品，并将样品进行预处理后放入应力加载装置；S2、通过应力加载装置向预处理后的样品加载样品原位应力；S3、通过升高样品轴压和降低样品围压模拟硐室不同开挖条件开挖前的深部围岩应力环境；S4、根据不同开挖条件对应的围岩扰动应力峰值升高样品轴压并降低样品围压，模拟不同硐室开挖条件下的开挖扰动阶段；S5、根据硐室围岩出现的环向应力集中和径向应力卸荷改变所述开挖扰动阶段中加载的围压和轴压，模拟硐室边界初步形成的阶段；S6、降低所述硐室边界初步形成的阶段中施加的围压和轴压，得到模拟硐室变形发展阶段的样品，即开展未加支护的不同开挖条件扰动影响下深部围岩长期力学行为研究的对象；S7、根据硐室支护应力的变化情况，升高硐室变形发展阶段中施加的围压并降低轴压，得到模拟围岩在硐室添加支护后最终的应力变形阶段的样品，即开展加支护的不同开挖条件扰动影响下深部围岩长期力学行为研究的对象。2.根据权利要求1所述的不同硐室开挖条件深部围岩长期力学行为室内模拟方法，其特征在于，所述步骤S1中深部岩石样品为圆柱体，其直径为50mm，高度为100mm；所述将样品进行预处理后放入应力加载装置的方法包括：S1-1、磨平样品表面杂质并补齐样品凹陷处；S1-2、将样品套入热缩膜中，通过热风枪将热缩膜贴合在样品表面；S1-3、将贴合有热缩膜的样品放置在应力加载装置的三轴试验平台上，升高仪器底座使贴有热缩膜的样品的压头上表面贴合；S1-4、在热缩膜外侧表面轴向安置轴向引伸计；在热缩膜外侧表面环向安置环向引伸计；S1-5、将安置有轴向引伸计及环向引伸计的样品放入三轴室，降下三轴室缸壁，并在三轴室内充满无挥发矿物质硅油。3.根据权利要求1或2所述的不同硐室开挖条件深部围岩长期力学行为室内模拟方法，其特征在于，所述步骤S2的具体方法为：根据公式σ原位围压＝γHσ原位轴压＝λγH同时施加原位应力的围压σ原位围压和轴压σ原位轴压；其中γ为容重，单位为kN/m3；H为开挖深度，单位为m；其中λ为原位应力阶段轴压与围压的固定比值，不随模拟的进展而改变。4.根据权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张茹，谢和平，张泽天，查尔晟，高明忠，艾婷，张朝鹏，任利，贾哲强，覃黎，谢晶，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51