不良岩层现场大型三轴压缩流变试验及流变模拟分析.PDF

簟 t3老 第l期 岩 土 力 学 Vo1 13No．1 ． 1992年 3 月 Rock and Soi1 M ecbanicB M Ⅱr 1992 不 良岩层现场大型三轴压缩流变试验 及流变模拟分析 吴玉 山 陈尤雯 摘 要 本文较详细地介绍了现场大型真三轴试验的过程 ，对试验结果散 了详细的讨论，根据变形 与时 间的关系曲线 ，以伯格模型作为理论模型 ，建立 理论流变方程 对 试验曲线进行描述 ，得 出了赢变模型中各参数 ，很好地反映了不良岩层的流变特征 差■调：不 良岩层 ，现场试验 ，三轴流变试验，流变模拟分析 1 前 言 人类生活于地球表面的岩体圈上，人类生活与岩体息息相关。为了更好地利用岩体为人 类服务，防止岩体的自然灾害事故 (如地震、滑坡、洞塌、泥石流等 )，人们从不同的角度 来揭露岩体的各种力学特性。 近十几年来，在岩石力学领域中，对岩石流变的研究引起人们广泛的兴趣。从最近几届 国际岩石力学会议上，可 以清楚地看到这一点，国内倩况也是如此。从岩士工程来看，岩体 力学特性随时间变化的流变性质，对于坚硬完整的岩体或许在大多数情况下可以忽略，但对 不 良地质 岩体条件的工程建设，特别是边坡工程、洞室工程，这个因素是不能忽略的。在这 种情况下， 只有掌握了岩体的流变特性， 才能经济安全地对工程进行设计、 施工和管理。 实际上，很多岩体工程 (如坝基或洞室 )往往处于复杂的应力状态中。因此，仅用简单受力 状态下的流变研究，在很多情况下，并不能反映工程的实际状态。这样，三向应力状态下的 现场流变试验，就显得十分有意义。 然而，现场三轴流变试验，由于试验技术 比较复杂，试 成型困难，试验周期长、花费 大，故在国内外极少开展此类试验，可 以说是处于空白状态。即使是室 内试验，开展也并不 多，大多是简单应力状态下得出的，主要是单轴抗压及三点弯曲流变试验的结果，而三轴应 力条件下 的试 验结果很少见。 本文是陈宗基教授主持的金川不 良岩层巷道稳定研究课题中的重要 内容之一。金川矿区 是我国大型的镍铜矿藏，由于矿体埋深较大，地质条件复杂，地压显著，因而在地下开采过 程 中，巷遭多处发生严重变形和底鼓现象，致使巷道严重破坏 。据分析，岩体的流变是重要 因素之一。 因而 ，掌握该地 区的不 良岩层 的流变特征，是解决巷遭稳定 问题的重要课题。 收稿 目靳：19 年10月 5日，政 回ij翥：190i年 “月05H。 }该作者现工作单位：华南理工夫学。 岩 土 力 学 1992年 2 地质概况 金川矿区位于甘肃河西走廊北侧，龙首山东段的东北坡 。根据构造运动和矿区周围应力 分布的关系分折，包括金川矿在 内的龙首山，恰处于中国大陆的北东至北东东方向的主应力 迹线之中，在大地构造上，位于阿拉善地台龙首山隆起地带的北部边缘，直接与其北部的潮 水凹陷带毗邻。 矿山出露的地层，主要为前震旦第 自家咀子 组的中深 度变质岩系，包 括混合岩、片麻 岩、片岩和大理岩等。其构造形态为层问挤压和褶皱发 育的单斜层构造； 岩层走向北 5O一 7O。西，倾 向南西，倾角40—7O。。矿区断层发育， 尤以挤压性 (走向)断层发育为特征。 此外，还有相伴生的一对扭性断裂和张性断裂。由于长期、频繁，强烈的构造运动和岩浆活 动的作用，使得矿区岩体断裂发育、岩体完整性差，工程地质条件恶劣，井巷地压大，岩体 稳定性羞 。 岩体力学试验巷道的岩性除褐黑色的二辉杆栏岩之外，还有深灰色的辉绿岩，前者岩块 单轴抗压强度为 95．1MPa；后者为 53．6MPa。结构面的类型主要 为构造结构面。 线密度平 均约为 7条 ／米， QD值约为 3O％。试验巷道的地质条件，在整个矿 区来说．是属于中偏下