温度、压力及地下岩溶水作用下软岩蠕变规律的影响研究

摘要

随着开采强度的不断增大，浅部资源的逐渐减少或枯竭，地下开采开始趋向于深部开采。深部岩体处于“三高一扰动”的复杂力学环境中，其开采导致了一系列的安全问题，比如岩层移动、支架破坏、岩爆等。因此，研究深部开采过程中的软岩力学问题具有重要的意义。对软岩在温度、压力和地下岩溶水耦合环境下的蠕变规律进行研究，对于深部开采支护的设计和维护有重要价值。
　　 应力场、温度场以及考虑岩溶水化学腐蚀耦合下的数学模型是研究软岩在地下所处复杂环境下蠕变规律的理论基础。本文从质量守恒方程、平衡方程、能量守恒方程以及相应的物性方程(状态方程和本构方程)等方面推导出了软岩在地下复杂环境耦合下的数学模型。
　　 通过对考虑温度和岩溶水酸碱度的软岩进行单轴和三轴蠕变实验，得出了软岩弹性模量随着酸碱度的增大而减小，泊松比随酸碱度的增大而增大的结论；软岩蠕变值和蠕变速率随酸碱度的增大而增大，且在酸性环境下变化最大。
　　 结合流变的基本力学模型，利用Matlab对实验数据进行不同模型的拟合并比较，得出了软岩在应力、温度及岩溶水腐蚀下的最佳元件组合力学模型，并用Matlab对模型进行不同pH和不同应力差下的拟合，得到了模型参数，进一步验证了实验数据与模型的一致性。
　　 利用ANSYS对实验条件下的软岩巷道进行仿真计算，得到了巷道围岩的蠕变规律，进一步验证了理论计算与实验结论的相符性。