炭质页岩力学特性各向异性及其破坏机制研究

以贵州松桃李家湾锰矿矿体顶板炭质页岩为研究对象,开展页理面与加载方向不同夹角条件下纵波波速、单轴压缩及电镜扫描等试验,并以最大值与最小值的比值定义各参量的各向异性系数.结果表明:①纵波波速随入射方向与页理面夹角α增大而减小,其各向异性系数R_v为1.44;弹性模量随加载方向与页理面夹角β增大而减小,其各向异性系数R_E为1.14;单轴抗压强度σ_(ucs)呈现出两头大中间小的"U"型特征,最小值在β为37°时取得,其各向异性系数R_σ为3.01.②不同β条件下,单轴压缩应力-应变曲线有起始压密和弹性压缩阶段,都具有明显的应变软化特征.③单轴压缩下,炭质页岩在β=0°时主要为拉破坏,页理面抗拉强度和基质体弯折拉断强度协同控制其力学特性;在β=32°时主要为沿页理面剪破坏,页理面抗剪强度控制其力学特性;在β=66°时主要为沿页理面和切断基质体的剪破坏,页理面和基质体的抗剪强度协同控制其力学特性;在β=90°时主要为拉破坏并含有少量沿页理面剪破坏,页理面抗剪强度和基质体抗拉强度协同控制其力学特性.     

基于与测线交切半迹长的岩体随机结构面平均直径估算

假定岩体随机结构面形状为薄圆盘,为能科学合理估算其平均直径,基于半迹长测线法,在未对分布形式作任何假设的条件下,通过理论推导获得与测线交切半迹长和岩体随机结构面直径之间的普适关系式.为便于工程应用,假设岩体随机结构面直径服从负指数分布,推导出其平均直径和与测线交切平均半迹长的关系式,基于该式提出一种岩体随机结构面平均直径的估算方法.采用岩体随机结构面三维网络模拟技术对此方法进行应用检验,结果表明,该方法具有较高的准确性与较强的工程适用性.     

贵州松桃李家湾锰矿矿体顶板变形破坏演化特征

以松桃县李家湾锰矿作为贵州省典型锰矿山,通过分析矿区工程地质条件,构建采场工程地质模型.基于室内试验、 Hoek-Brown强度准则及国家规范确定出开采影响区岩体物理力学参数.依托3DEC离散元数值分析平台,研究不同开采支护方案下矿体顶板变形破坏特征及规律.结果表明:①无支护条件下,随着开采工作面推进,顶板竖向压应力逐渐减小,下沉量、现状塑性区体积逐渐增加,地层的挤压变形和预收敛变形明显;②在0.1、 0.2、 0.4和0.8 MPa支护压力下,顶板支护段与无支护方案相比,竖向压应力分别提高0.2、 0.5、 1.7和2.6 MPa,下沉量分别降低了1%、 2%、 6%和7%,除0.1 MPa支护压力外,其它3种支护压力下开采工作面及顶板现状塑性区均明显减少;③基于优选的0.25 MPa支护压力方案在该矿的应用效果,表明揭示的顶板变形破坏规律是合理、可靠的.