基于动静力法估算岩体强度参数及其工程应用

摘要

岩体力学参数的获取是研究岩体工程的基础工作之一，在福建省某金矿井下采空区范围内选取几处具有典型代表的岩体进行现场岩体变形参数原位测试和选取破碎程度不同的面进行岩体应力波传播试验以及在室内进行岩石强度试验，通过岩体波速法获得岩体力学参数，而后运用FLAC3D软件进行采空区安全稳定性分析，研究结果如下： （1）根据采空区范围内所选取4个具有代表性的试验点的应力波纵波衰减系数曲线可知，将0-2000Hz频率范围分为0-800Hz和800-2000Hz两个频率区间段分析，可得出针对不同波速的工程岩体弹性纵波的传播特点有（以频率宽度为200Hz为例）：1.当岩体纵波波速小时，纵波有高频高衰减的特点；2.当岩体纵波波速大时，衰减系数对频率的响应很敏感，纵波的频率在约为200Hz和2000Hz时，纵波的振幅衰减很快，衰减系数大，但是在其间频率，纵波的衰减系数随频率的变化不大，近于一条直线关系。同理，当频谱宽度变为300Hz和400Hz时纵波的衰减系数曲线也可得出相同结论。 （2）通过岩体波速法估算得到的岩体力学参数为黏聚力c=0.66MPa，内摩擦角φ=45.0°与E.Hoek建议法即由Hoek-Brown强度准则参数到莫尔-库伦强度准则参数的转换得到的岩体力学参数为粘聚力c=1.1MPa，内摩擦角φ=38.74°，对两者所得到的结果进行对比分析发现，两种方法所得的粘聚力值c之间的绝对差值为0.44，内摩擦角φ之间的绝对差值为6.26，两种方法估算粘聚力值c差别较小而由于E.Hoek建议法估算内摩擦角φ值较为保守，岩体波速法估算内摩擦角φ值较符合本项目工程实际情况。故取岩体波速法所得岩体力学参数进行数值模拟计算。 （3）经过数值模拟计算可得出，两个采空区整体处于稳定状态，部分矿柱和顶板有一定的塑性屈服；两个采空区的开采对地表的沉降变形较小，最大值在一号采空区上方，大小为3.44mm。二号采空区的开采使得一号空区危险区域的变形有应力有所增大，1#矿柱增加0.0439MPa、2#矿柱增加0.0127MPa、3#矿柱增加0.0439MPa。因此，二号采空区的开采对一号采空区是不利的，但影响有限。针对不同板厚条件（板厚为4m、5m、6m）下，对二号采空区的屈服状态进行分析可得采空区整体上是安全的，但随着板厚的降低，顶板的拉伸屈服范围变大，对局部安全有不利的影响。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 选题背景和研究意义

1.2 岩体力学参数的确定及岩体强度理论国内外研究现状

1.3研究的主要内容与技术路线

第二章 岩石强度测试

2.1 引言

2.2 岩块抗压强度测试

2.3 岩块抗拉强度测试

2.4 本章小结

第三章 岩体应力波传播试验与岩体抗剪强度参数计算

3.1引言

3.2 岩体变形参数原位测试

3.3 岩体应力波传播试验

3.4 Hoek-Brown强度准则参数到莫尔-库伦强度准则参数的转换

3.5岩体的抗剪强度参数计算

3.6本章小结

第四章 采空区安全稳定性分析

4.1工程地质背景

4.2初始地应力场

4.3两个采空区模型建立

4.4一号采空区开挖分析

4.5二号采空区开挖分析

4.6本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读期间研究成果