通过原有和补充的现场实测资料，分别在淮南矿区和兖州矿区埋深1000m的岩巷和煤巷监测验证了深部高地应力条件下围岩存在分区破裂化现象，给出了分区破裂半径预测估算公式，并初步揭示了深部巷道围岩的分区破裂机制。开展了现场岩样的物理力学参数并研究了高围压单侧卸载条件下岩石易产生劈裂变形和破坏的特性。研制了新型柔性均布压力加载装置和多路高精度液压加卸载伺服控制系统，以监测巷道为原型，开展了不同条件下深部高地应力巷道围岩机破坏理相似模型试验和深部巷道瞬间卸载动力响应模拟试验，得到巷道轴向方向为最大主应力方向和瞬间卸载是围岩发生分区破裂的条件。采用数值模拟方法补充了不同条件下巷道围岩变形破坏规律，得到不同围岩系统锚喷网支护后在支护层后面形成损伤区和巷道轴向与地应力夹角为25-30°时围岩的变形破坏产生突变的规律。建立了深部开挖的动力分析模型，导出巷道围岩体扰动应力、应变和位移的近似解析表达式，很好的解释深部开挖过程中围岩体产生的分区破裂化现象。通过FISH语言初步开发了Flac3D分区破裂计算程序，嵌入了基于能量损伤建立的非线性本构关系和破坏强度准则；较好的模拟了深部巷道瞬间开挖卸荷后围岩内产生的拉压应力呈波浪分布特性。采用编制的高地应力动态卸载计算程序，系统研究了不同卸载时间、不同卸载路径、不同隧洞形状、不同地应力和不同巷道直径等条件下，巷道围岩动态卸载的动态响应规律和围岩破坏机理。最后提出了分区破裂围岩控制新方法与新技术，并在现场得到验证。 2100433B

我国煤矿开采深度日益加大，千米深矿山不断增多，在复杂的地应力条件下，巷道围岩破坏频繁，支护越发困难，深部观测到与传统的松动圈理论不同的分区破裂化现象。本项目的宗旨是以若干典型矿山工程为背景，采用现场监测、岩石试验、模型试验、理论分析和数值模拟等综合方法揭示深部巷道产生分区破坏的原因和条件，研究分区破裂化的机理。通过已取得的和补充的现场监测和相似模型试验资料，考虑地应力大小和方向、围岩类别、巷道形状和大小、开挖支护方法以及巷道轴向与主应力夹角等因素，深入研究深部巷道围岩产生分区破裂化的影响因素和分区破裂的发生、发展及最终破坏模式和特征，揭示分区破裂化产生的条件和时间演化过程。通过断裂、损伤力学和能量理论研究建立反映深部巷道分区破裂化围岩的非线性本构关系和岩体破坏强度准则的力学，并嵌入数值软件进行验证，模拟深部巷道围岩的分区破坏过程及破坏模式。研究结果将对分析深部巷道稳定性有重要意义。

内容介绍

《深部岩石工程围岩分区破裂化效应》主要内容：随着经济建设与国防建设的不断发展，深部岩体工程越来越多，如逾千米乃至数千米的矿山（如金川镍矿和南非金矿等）、锦屏二级引水隧洞及辅助洞、核废料的深层地下存储、深部地下防护工程等。深部岩体工程在开挖洞室或巷道时，围岩变形和破坏等出现了一系列新的科学现象。除了岩爆和围岩挤压大变形以外，围岩的分区破裂化现象也吸引了很多岩石力学工作者的关注。

在深部岩体工程开挖洞室或坑道时，在其洞室围岩中会产生交替的破裂区和非破裂区的现象，这种现象在相关文献中称之为分区破裂化现象(Zonal disintegration)。

这种现象于20世纪70年代在南非2073米深的金矿中采用岩石潜望镜首次被观察到的，20世纪80年代开始，俄罗斯科学院西伯利亚分院对分区破裂化连续地进行了深部矿井现场观测和实验室模拟试验研究，并进行了理论分析的探索，多次指出：分区破裂化实质在于洞室围岩破裂区和非破裂区的交替，这与浅层的地下巷道围岩变形和破坏已知理论概念在原则上是不同的。国内在20世纪70年代末和80年代初，有部分学者曾在深部矿井现场实测中也测到了巷道围岩变形的力学形态——拉应变和压应变交替产生的现象。近几年来，中国学者开始关注并开展了分区破裂化现象系统研究：指出深部围岩分区破裂现象是一个与空间、时间效应密切相关的科学现象；并归纳出了分区破裂化现象主要特征参数；定性分析了分区破裂化现象产生的机理和产生的条件；提出了这一领域的研究方向。2006年以后，中国学者在一些学报上相继发表了这方面的研究成果。

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本项目以深部高应力岩石巷道围岩破坏为背景，从巷道围岩的地质力学环境出发，以远离平衡态的非线性理论为指导，采用原位监测、物理模型试验、室内岩样试验、理论分析等相结合的方法，紧紧围绕深部巷道围岩强度衰减这一关键科学问题开展研究。通过现场原位测试，获得了深部巷道开挖后围岩破裂演化过程及深部巷道围岩稳定后强度衰减及其分布规律，并对深部巷道初始高应力状态对巷道围岩破裂范围的影响规律进行了研究；在此基础上，采用巷道围岩松动圈内外主应力差演化规律作为加卸载应力路径的实验新方法，研制了不同应力状态下的损伤破裂岩样，以卸载点的应力降低比、体积膨胀比作为损伤因子，获得了损伤岩样强度衰减以及围压对其强度衰减幅度的影响规律，建立了适合深部巷道围岩峰后强度衰减的模型，揭示了结构效应与尺寸效应对围岩强度衰减的影响以及预制节理几何参数对岩样破裂演化过程的影响机理，并针对物理模型试验中破裂岩体位移场难以量测的难题，研发了含动态裂隙岩体的高精度数字散斑相关量测技术方法。项目研究成果为深部巷道围岩稳定性控制提供了科学依据。 2100433B

以深部高应力岩石巷道围岩破坏失稳为背景，从巷道围岩的环境和历史条件出发，以远离平衡态非线性理论为指导，采用原位监测与真三轴空心厚壁圆筒卸压试验的新方法，紧紧围绕深部巷道围岩强度衰减这一关键科学问题开展研究。通过采用原位超声波和雷达持续测试巷道围岩破裂演化过程中的强度衰减情况的研究，以及现场多次取岩芯的试验方法，研究现场高应力条件下岩体强度衰减的力学行为，准确把握深部巷道围岩破裂演化及其强度衰减的规律，阐明不同支护加固方法在围岩破裂演化过程中的作用机理；然后通过真三轴空心厚壁圆筒加卸载试验方法，真实再现巷道开挖、围岩强度衰减和支护平衡演化的全过程，选择确定三维强度的描述方法及参数，完善符合其破坏特点的三维岩石强度理论及其相应的演化动态力学模型，揭示深部巷道变形破坏的物理本质，提出具有显著成效的深部巷道围岩破坏后二次稳定控制的原理和方法。