岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (3): 781-788.doi: 10.16285/j.rsm.2019.0592

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冲击扰动诱发蠕变岩石加速失稳破坏试验

王青元1,刘杰1,王培涛2,刘飞1   

  1. 1. 菏泽学院 地下空间围岩稳定与支护研究所,山东 菏泽 274015; 2. 北京科技大学 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京 100083
  • 收稿日期:2019-03-28 修回日期:2019-07-29 出版日期:2020-03-11 发布日期:2020-05-25
  • 作者简介:王青元,男,1984年生,博士,副教授,主要从事岩石力学方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目(No. 51604017);菏泽学院博士基金资助项目(No.XY16BS36)

冲击扰动诱发蠕变岩石加速失稳破坏试验

WANG Qing-yuan1, LIU Jie1, WANG Pei-tao2, LIU Fei1   

  1. 1. Institute of Underground Space for Stability and Support of Surrounding Rock, Heze University, Heze, Shandong 274015, China; 2. Key Laboratory of Ministry of Education for Efficient Mining and Safety of Metal Mine, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China
  • Received:2019-03-28 Revised:2019-07-29 Online:2020-03-11 Published:2020-05-25
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (NSFC) (51604017) and the Doctoral Foundation of Heze University(XY16BS36).

摘要: 矿山开采中,岩石长期处于蠕变状态,开采扰动会诱发此类岩石的加速失稳破坏。但破坏往往晚于开采活动,表现出明显的时间滞后效应,这给预报工程灾害的发生时间带来了极大困难。针对这一问题,在岩石流变?冲击试验机上对岩石试样进行了多次循环落锤冲击?蠕变试验。分析岩样应变变化规律,探讨岩石蠕变状态、落锤冲击次数和冲击能量对蠕变岩石变形破坏特征的影响,从能量角度阐述了蠕变岩石在冲击扰动作用下的破坏规律。试验结果表明:在相同的岩石蠕变状态下,随冲击能量和冲击次数的增加,岩石内部损伤逐渐增多,加速损伤区的形成,岩样吸收更多能量,使岩样发生加速蠕变破坏。冲击扰动使岩样内集聚的弹性能沿着损伤区发生定向释放,发生破坏。研究结果为滞后型冲击工程灾害的预测提供了理论依据。

关键词: 开采扰动, 时间效应, 蠕变损伤, 冲击能量

Abstract: Rockmass may be in a creep state for a long time during underground mining. The failure progress of surrounding rock mass may be accelerated due to the mining disturbance. The rockmass failure is usually later than the mining activites and shows an obvious time lag effect, which brings difficulty in predicting the occurrence of engineering disaster. Given this problem, impact-creep tests of rock specimens were conducted under multi-cycle drop weight using a rock rheology-impact test machine. The changing law of axial strain of sandstone specimens was analyzed. The influence of creep state, impact times of drop weight and impact energy on the deformation and failure characteristics of creep rock were discussed. In terms of energy point of view, the failure rule of creep rock was explained under impact disturbance. The test results show that under the same rock creep state, the internal rock damage increases gradually with the increase of impact energy and impact times. The formation process of the damage zone is accelerated and the energy utilization rate is increased, which leads to the accelerated creep failure of rock samples. The impact disturbance causes the accumulated elastic strain energy within rock specimen to be released directionally along the damage zone and damage occurs. The research results provide a theoretical basis for the prediction of delayed rockburst disasters.

Key words: mining disturbance, time-dependent effect, creep-damage, impact energy

中图分类号: 

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