双向加载下节理岩体强度尺寸效应的数值模拟研究

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作者谢子明
来源东北大学资源与土木工程学院
出版年2017
摘要
在自然界中,大多数情况下岩石处于三轴压缩状态。但在开挖后的工程岩体中,岩体的一侧因开挖而卸载,此时岩体处于双轴压缩或双向受力的状态下,地下硐室的边界(如顶、底板和侧墙),采场中顶柱、底柱及相邻采场间柱等,因此研究双向受力下岩体的破坏规律有重要的意义。,虽然岩体强度的尺寸效应主要由岩体结构决定,但当岩体中某组结构面在倾向方向上受到约束时,这组结构面对岩体强度尺寸效应的贡献受到抑制,这可能与岩体在单轴压缩状态下的尺寸效应规律存在差异,需要认清岩体在双轴受力条件下的尺寸效应规律,以期优化采场间柱、顶底柱等采场结构因此研究双向受力下岩体的破坏规律有重要的意义。在单轴压缩下岩石具有明显的尺寸效应,即随着尺寸的增大,岩石的强度不断的减小而趋于稳定值。研究双向加载下岩体强度的尺寸效应,即不同侧向条件下岩体X方向尺寸和Z方向尺寸与岩体强度的关系,应用此规律优化采场间柱尺寸。为了研究双向加载下节理岩体尺寸效应的规律,因此,本文基于利用三维离散元数值软件,通过建立进行三维节理岩体模型,数值模拟试验研究。首先建立节理面产状和位置服从均匀分布的不同尺寸大小的节理岩体,研究双轴压缩下节理岩体强度的尺寸效应;其次,研究,分析不同的侧向应力值对下,岩体的破坏规律及尺寸效应的影响,;最后将不同侧向应力下岩体X水平方向的尺寸效应规律用于优化江西某金矿的间柱尺寸。本文主要开展的研究工作如下:(1)建立了产状和位置服从统计分布的随机节理网络(DFN)模型,生成不同工程尺度的节理岩体数值试件,通过位移约束水平方向(Y方向)并在竖直方向(Z方向)加载,模拟节理岩体在双轴压缩下的破坏规律,增大岩体X方向和Z方向上的尺寸,分别研究岩体X方向和Z方向上的尺寸效应。;(2)利用不同侧向应力来模拟不同埋深下的节理岩体下岩体尺寸效应,运用上述建立的岩体模型,模拟地下岩体开挖后处于侧向应力的状态,给通过在岩体侧向(Y方向)施加不同应力值,研究了不同侧向应力下岩体的破坏规律,增大岩体X方向和Z方向的尺寸,分别研究不同侧向应力下,岩体X方向和Z方向的尺寸效应。;(3)将得到的双轴受载下基于节理岩体强度尺寸效应规律应用于某矿优化间柱尺寸优化,根据不同侧向应力下岩体X方向的尺寸效应,研究岩体最大承载力与岩体X方向尺寸的关系。在根据传统方法和工程类比法得到间柱尺寸的基础上,利用侧向应力下岩体的最大承载力与岩体X自由方向的尺寸的关系,优化采场间柱的尺寸。,分析采场间柱的稳定性及安全系数,验证优化后的尺寸是否满足要求,在在确保采场安全生产的前提下,减少间柱矿石损失。

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