礦大考博巖石力學(xué)2012

2、 聲發(fā)射概念：主要是指巖石在微破裂時(shí)由于彈性性能的釋放引起的強(qiáng)烈震動(dòng)而產(chǎn)生的聲震動(dòng)和聲傳播現(xiàn)象，巖石裂紋面之間的滑動(dòng)摩擦也有聲發(fā)射產(chǎn)生，當(dāng)震動(dòng)規(guī)模較大是，還會(huì)出現(xiàn)地震或者礦震現(xiàn)象。3、 電磁輻射概念：是巖石變形或有微破裂的同時(shí)，伴有電磁輻射的現(xiàn)象。理論認(rèn)為當(dāng)巖石變形和微裂紋斷裂前，裂紋尖端可能積聚比較多的帶電粒子，這些粒子隨著裂紋的斷裂或因?yàn)榱鸭y表面的摩擦而釋放，從而形成帶電粒子以脈沖形式的運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)電磁波能量的輻射。4、 聲發(fā)射和電磁輻射的應(yīng)用：巖石的聲發(fā)射和電磁輻射性質(zhì)是研究巖石變形和破裂的重要手段，例如采礦過(guò)程中的礦震、巖爆、沖擊等災(zāi)害的檢測(cè)和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等。5、 巖體節(jié)理產(chǎn)生的影響，在力學(xué)性質(zhì)方面，巖體的節(jié)理是影響巖體性質(zhì)的關(guān)鍵，因此巖體性質(zhì)更復(fù)雜。通常情況下，由于存在節(jié)理面，巖體的彈性模量小，峰值強(qiáng)度低，變形大（包括蠕變）、泊松比大且具有各向異性。同樣，如果節(jié)理面影響受到約束或減少，巖體與巖塊的性質(zhì)差異就會(huì)減少，因此，當(dāng)巖體完整，無(wú)節(jié)理影響或節(jié)理影響受約束時(shí)，巖體強(qiáng)度與巖塊近似，當(dāng)節(jié)理極端發(fā)育，巖體強(qiáng)度就會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于巖塊?？傊?，巖體性質(zhì)要視節(jié)理發(fā)育情況和力學(xué)條件而定。6、 原巖應(yīng)力的測(cè)量方法和基本特點(diǎn)：因?yàn)橐獪y(cè)量地下應(yīng)力，所以原巖應(yīng)力的實(shí)測(cè)一般都要利用對(duì)其擾動(dòng)（例如施工鉆孔），打破原有狀態(tài)，然后獲得在形成新平衡狀態(tài)過(guò)程中的變化量，通過(guò)建立擾動(dòng)變化量與原巖應(yīng)力間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)測(cè)量的目的。原巖應(yīng)力在測(cè)量?jī)x器布置前就存在，這與通常的傳感器布置后再加載的測(cè)量應(yīng)力方法正好相反，因此地下應(yīng)力測(cè)量往往是在卸載過(guò)程中進(jìn)行，成為應(yīng)力解除法。也可以卸載完再布設(shè)傳感器，然后重新加載至原有狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量。地下應(yīng)力是一個(gè)三維空間量，要確定6個(gè)參數(shù)，當(dāng)可以確定一個(gè)主應(yīng)力方向時(shí)，則對(duì)主平面的應(yīng)力測(cè)量就變?yōu)橹灰_定4個(gè)參數(shù)，所以測(cè)量位置或者方法不同，所獲得的應(yīng)力的性質(zhì)不同。7、 采用普氏公式計(jì)算時(shí)應(yīng)注意以下特點(diǎn)：1、普氏“免壓拱”理論說(shuō)明只有部分的巷道上覆地層對(duì)支護(hù)有影響，而不是全部地層自重作用。2、普氏學(xué)說(shuō)計(jì)算的巷道地壓大小與巷道所處的深度無(wú)關(guān)。當(dāng)巷道埋深不大且?guī)r體比較松散時(shí)，其結(jié)果大致接近實(shí)際。3、對(duì)于比較完整的巖體，或者強(qiáng)度較高時(shí)，則計(jì)算結(jié)果偏差較大，如果巖體處于彈性狀態(tài)，巖體不會(huì)發(fā)生冒落情況，則按照普氏理論的計(jì)算就是錯(cuò)誤的。因此可以提出簡(jiǎn)單的限制使用條件。8、 新奧法的做法和原則：1、原則：充分利用巖體強(qiáng)度，發(fā)揮巖體自承能力。做法：立即噴射適當(dāng)厚度的混凝土，封閉巖面，防止圍巖松動(dòng)、風(fēng)化、膨脹，必要時(shí)增加適當(dāng)?shù)腻^桿和鋼結(jié)構(gòu)拱架，使得圍巖形成自身具有一定自承能力的承載拱。2、原則：正確運(yùn)用圍巖-支護(hù)共同作用原理，注意巖體蠕變影響。做法：采用二次支護(hù)方案，初期支護(hù)屬于臨時(shí)支護(hù)性質(zhì)，以抑制圍巖變形，允許支護(hù)一定變形量，并根據(jù)檢測(cè)情況局部加固，待圍巖位移速度趨于穩(wěn)定時(shí)，進(jìn)行封底和二次支護(hù)，二次支護(hù)為永久性支護(hù)，必要時(shí)采用強(qiáng)力剛性支護(hù)，以減少或者消除巖體位移。3、原則：必須進(jìn)行圍巖狀態(tài)的支護(hù)，監(jiān)測(cè)支護(hù)位移、壓力變化。做法：用收斂計(jì)監(jiān)測(cè)隧道表明的水平和垂直收斂量，用多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)巖體內(nèi)部位移，用壓力盒監(jiān)測(cè)噴層徑向及切向壓力，用監(jiān)測(cè)錨桿監(jiān)測(cè)錨桿變形，用水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)巖體表面絕對(duì)位移。4、原則：強(qiáng)調(diào)封底的重要性，務(wù)必封閉隧道底面。做法：底鼓的嚴(yán)重變形必然導(dǎo)致側(cè)墻和頂部圍巖和支護(hù)不穩(wěn)定，要求盡快封底，以形成完整的巖石承載結(jié)構(gòu)。5、原則：施工、監(jiān)測(cè)、設(shè)計(jì)結(jié)合。做法：施工同時(shí)必須監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果的反饋，調(diào)整一次支護(hù)的參數(shù)，同時(shí)科學(xué)設(shè)計(jì)二次支護(hù)。9、弱面的幾何參數(shù)：1、產(chǎn)狀：產(chǎn)狀包括弱面的走向和傾角，產(chǎn)狀將影響巖體力學(xué)性質(zhì)的方向性，尤其是成組出現(xiàn)弱面，產(chǎn)狀還可以確定其與臨空間面之間關(guān)系和弱面間的相互切割關(guān)系。2、間距和頻度：弱面間距是指測(cè)線上相鄰弱面的距離，通常采用測(cè)線上若干弱面的平均間距表示，頻度則指間距的倒數(shù)。間距和頻度隨著測(cè)線與一組弱面和夾角有關(guān)，因此可以表示成方向的函數(shù)，以便巖體的各向異性處理。在一定范圍內(nèi)按弱面的間距大小分組進(jìn)行頻度統(tǒng)計(jì)，則可以獲得弱面間距的分布關(guān)系，這種關(guān)系可以評(píng)價(jià)其對(duì)工程影響的大小。3、張開(kāi)度：張開(kāi)度是指同一弱面的兩個(gè)巖壁之間的垂直距離。張開(kāi)度大小受到壓力的影響而變化，構(gòu)成弱面壓縮變形的一部分，弱面張開(kāi)度會(huì)影響巖體的變形模量和力學(xué)量的傳度，以及滲流性。在弱面的延伸線上，其各處張開(kāi)度可能會(huì)不同，當(dāng)其差異較大時(shí)，就要注意在用平均張開(kāi)度對(duì)其評(píng)價(jià)時(shí)就會(huì)掩蓋弱面兩邊塊體的傳動(dòng)或者位移的不均勻性。4、粗糙度：粗糙度對(duì)弱面的力學(xué)性質(zhì)具有重要影響，巖石力學(xué)對(duì)弱面的粗糙度有專門定義。5、連通度：連通度表征弱面的延展性，連通度影響弱面的剪切性質(zhì)，剪切面穿過(guò)“巖橋”顯然會(huì)增加其難度，甚至該面剪切方向，連通度還影響巖石的滲流等水理性質(zhì)，連通度用巖石露頭表面的弱面跡長(zhǎng)與測(cè)線長(zhǎng)度之比表示，有方向性。6、塊度：有時(shí)塊度將決定巖體力學(xué)性質(zhì)的基本描述方法，如果相對(duì)工程而言，塊度夠大，則采用連續(xù)體分析是合適的，塊度很小時(shí)，適用于散體分析。10、 對(duì)巖石力學(xué)的認(rèn)識(shí)巖石力學(xué)是一門研究巖石在外界因素（如載荷、水流、溫度變化等）作用下的應(yīng)力、應(yīng)變、破壞、穩(wěn)定性的科學(xué)，又稱為巖體力學(xué)，是力學(xué)的一個(gè)重要分支，其主要研究?jī)?nèi)容包括：1）巖石和巖體的物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征。2）巖石的物理、水理與熱力學(xué)性質(zhì)。3）巖石的基本力學(xué)性質(zhì)。4）結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)。5）巖體力學(xué)性質(zhì)。6）原巖應(yīng)力（地應(yīng)力）分布規(guī)律以及其測(cè)量理論與方法。7）工程巖體的穩(wěn)定性。8）巖石工程穩(wěn)定性維護(hù)技術(shù)。9）各種新技術(shù)、新方法與新理論在巖石力學(xué)中的應(yīng)用。10）工程巖體的模型、模擬實(shí)驗(yàn)以及原位監(jiān)測(cè)技術(shù)。——主要的研究方法有：1）工程地質(zhì)研究方法。2）科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法。3）數(shù)學(xué)力學(xué)分析方法。4）整體綜合分析方法?！诓傻V方面，巖石力學(xué)主要的研究問(wèn)題：1）井工開(kāi)采巷道和采場(chǎng)圍巖穩(wěn)定性機(jī)理及其控制，特別是軟巖巷道和深部開(kāi)采礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及其控制。2）礦井突水預(yù)測(cè)與防治。3）沖擊地壓。煤與瓦斯突出防治。4）采空區(qū)處理與地表開(kāi)采沉陷。5）巖石破碎，研究爆炸、爆破、地震、沖擊等動(dòng)力作用下的巖石力學(xué)性質(zhì)、應(yīng)力波在巖石內(nèi)的傳播規(guī)律，地面震動(dòng)與損害等。6）露天開(kāi)采邊坡設(shè)計(jì)及穩(wěn)定加固。一一比如，華北地區(qū)開(kāi)采石炭系中的煤層一般下伏奧陶系灰?guī)r含水層，由于水壓及水量很大，常遇到底部奧陶紀(jì)灰?guī)r高水頭得承壓含水層突水圍巖，已發(fā)生一系列突水事故。利用巖石力學(xué)原理，將煤層底板至含水層之間承載能力最大的一層看做底板關(guān)鍵層，從而將采場(chǎng)底板突水研究轉(zhuǎn)化為對(duì)底板關(guān)鍵層破斷機(jī)理的研究，將關(guān)鍵層看做是受水壓等均布載荷作用的彈性薄板，可以解得其極限破斷跨距。采用巖體工程地質(zhì)力學(xué)方法從煤層底板動(dòng)力學(xué)平衡的角度，以巖體臨街面平衡狀態(tài)作為煤層底板突水控制條件，從而揭示底板突水機(jī)理，并根據(jù)主要影響因素制定合理的治理措施。11、 討論1、 次生應(yīng)力場(chǎng)是軸對(duì)稱應(yīng)力場(chǎng)，。r和。e任然為主應(yīng)力，即徑向平面與切向平面為主平面。2、 應(yīng)力變化與（R0/r）2呈線性關(guān)系。隨著］的增加，切向應(yīng)力減小，而徑向應(yīng)力增加。無(wú)窮遠(yuǎn)處時(shí)兩者同時(shí)趨于原巖應(yīng)力。3、在航道周邊，r=R0處，。r=0，。0=2p0=2yZ。周邊切向應(yīng)力為最大應(yīng)力，且與巷道半徑大小無(wú)關(guān)。4、圍巖中某點(diǎn)開(kāi)巷后與開(kāi)巷前得應(yīng)力比值成為改點(diǎn)的應(yīng)力集中系數(shù)k。巷道周邊有最大的應(yīng)力集中系數(shù)（k=2）。5、巷道開(kāi)挖影響圈的確定，工程中將巷道開(kāi)挖后的應(yīng)力變化在5%（或10%）以內(nèi)的范圍成為巷道開(kāi)挖的影響范圍。