石灰岩Kaiser效应试验研究及其在地应力场分析中的应用

摘要

地应力对地下工程的安全与稳定性具有重要影响，传统的地应力测量方法具有价格昂贵、难于操作、消耗大量的人力和物力，并难以进行较大规模作业的特点。利用岩石力学试验手段研究其Kaiser效应，进而判断岩石所属区域的地应力水平及其分布规律，并应用于指导工程实践，成为普遍采用的地应力研究途径。
　　 本文结合华宁集团鑫安煤矿的-380水平暗斜井区域实际，从理论上探讨了受构造应力影响的关键岩层-石灰岩，以及Kaiser效应和平静期现象。提出了一种通过提高试验采样频率获得岩石Kaiser点的方法，并通过岩石的记忆水平证实了此方法的正确性。利用SAW-2000微机控制电液伺服岩石试验机等仪器设备，对取于现场的石灰岩进行了常规岩石力学性质试验，利用岩石Kaiser点确定新方法得到石灰岩的Kaiser点及其平静期。通过试验得到的石灰岩Kaiser点计算出石灰岩所在-380水平暗斜井区域的地应力水平为36MPa，方向为北偏西86.8°。将岩石力学性质试验结果应用于现场区域的地应力分布规律数值建模，计算得到该区域的最大主应力为34MPa，最大主应力方向为北偏西91°，同岩石Kaiser点试验方法得到的地应力水平相比较，误差为5％，方向误差为1.1％。
　　 将综合确定的-380水平暗斜井区域的主应力分布规律，应用于指导地下硐室布置及巷道围岩控制，具有一定的工程实用价值。讨论了平静期现象与岩体失稳预测，当岩体强度进入极限强度的92.8％后，应重点监测岩体稳定性，防止事故的发生。