Характеристики повреждаемости слабых горных пород с различными углами падения при ползучести

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 7497 (2023) Цитировать эту статью

225 доступов

Подробности о метриках

Чтобы исследовать влияние угла падения слабого слоя на разрушение ползучести композитного массива горных пород, в данной статье проводится эксперимент по ползучести с ступенчатой ​​​​нагрузкой на композитном массиве горных пород с различными углами падения с использованием метода акустической эмиссии для изучения процесса развития разрушения. С увеличением степени нагрузки совокупное общее число колец горного массива демонстрирует U-образную тенденцию, а результаты пространственного позиционирования акустической эмиссии показывают, что события акустической эмиссии в процессе разрушения горного массива в основном концентрируются вблизи слабых участков. слое, в то время как события в других областях немногочисленны и разбросаны. Для массивов горных пород со слабыми углами падения слоев 0° и 15° трещины возникают как в мягких, так и в твердых породах, причем в мягких породах преобладают трещины сдвига, в твердых породах - трещины растяжения и, наконец, массив горных пород проявляет преимущественно растяжение. неудача разделения. Для массивов горных пород со слабыми углами падения слоев 30° и 45° большая часть трещин существует в недрах мягких пород, где преобладают сдвиговые трещины. При увеличении ступенчатых нагрузок сдвиговые трещины продолжают развиваться в направлении слабого слоя, верхний массив горных пород продолжает скользить и смещаться, и окончательным видом разрушения является главным образом разрушение при сдвиге. Эволюция повреждений варьируется в зависимости от угла наклона слабого слоя, который можно разделить на три этапа: начальное накопление повреждений, ускорение повреждений и разрушение повреждений. Это демонстрирует способность прогнозировать, предотвращать и контролировать возникновение катастроф ползучести в массивах горных пород со слабыми слоями.

С быстрым развитием экономики промышленность по разработке горных массивов растет, и один за другим выполняются все новые проекты по разработке горных массивов, особенно в угленосных толщах, где широко распространены метаморфические породы и аргиллиты (см. рис. 1). Примечательно, что слабый слой горной массы нарушает целостность и непрерывность структуры горной массы, ухудшает механические свойства горной массы и увеличивает вероятность внезапного и катастрофического разрушения под действием приложенного напряжения.

Слабослоистая породная масса.

Механические свойства массива горных пород со слабыми слоями проявляются не только в упругом и пластическом поведении, но и в реологическом поведении, зависящем от времени. Ползучесть является одним из важных реолого-механических свойств горных массивов. Разрушение – это процесс накопления деформации с течением времени под длительным действием приложенных нагрузок. Из-за существования слабых структурных плоскостей залегшего горного массива его механические свойства относительно сложны, обычно проявляют значительную анизотропию, а механизм разрушения отличается от механизма разрушения однородного горного массива. С этой целью многие ученые сосредоточили свое внимание на выяснении механических свойств и механизмов разрушения композитных массивов горных пород. Ниже представлен краткий обзор литературы.

Xin1 использовал связующее на основе эпоксидной смолы для объединения аргиллита, песчаника и известняка в композитную горную массу, провел эксперимент по комплексному напряжению-деформации трехмерного сжатия и изучил влияние бокового давления на механические свойства. Чанфу2,3,4 провел эксперименты по одноосному сжатию, трехосному сжатию и прямому сдвигу на различных образцах горных пород, таких как аргиллит, песчаник и известняк, а также на трех видах композитных образцов горных пород, сцементированных вместе, чтобы изучить прочностные и деформационные характеристики слоистая горная масса. Ян5 взял склон вокруг водохранилища «Три ущелья» в качестве прототипа, использовал крупномасштабную вибрационную платформу для проверки динамической реакции и характеристик акустической эмиссии склона при воздействии землетрясения, а также установил вибрацию акустической эмиссии многослойного склона. Bingwu6 провел трехосные эксперименты на массиве горных пород со слабыми слоями и обсудил влияние наклона границы раздела на кривую напряжения-деформации, модуль упругости, прочность на сжатие, падение напряжения после пика и состояние разрушения массивов горных пород со слабыми слоями. Кроме того, теоретически проанализировано состояние разрушения при различных углах наклона интерфейса. Li7 провел эксперименты по одноосному и трехосному сжатию при различных давлениях на трех образцах керна: межслоевой соляной породе, содержащей аргиллиты, чистом аргиллите и чистой соляной породе, а также использовал теорию расширения среды Коссера для изучения межслоевого сжатия сланцев. Был проведен теоретический анализ влияния и сообщалось, что несоответствие механических свойств соляной породы и аргиллита приводит к тому, что аргиллит одинаково реагирует на приложение растягивающего напряжения. Huafeng8 собрал полевые образцы для экспериментов по одноосному и трехосному сжатию и проанализировал влияние угла слабого слоя на механические свойства и виды разрушения. Ван9 рассматривал угольную шахту Хами как объект исследования, определял положение слабой прослойки на склоне путем анализа профиля деформации, рассматривал слабую прослойку горной массы как законченную механическую систему, создал механическую модель слабой прослойки системы горного массива и предложил индекс для оценки степени разрушения до возникновения нестабильности. Аббас10 провел исследования механических свойств многослойного композитного массива горных пород песчаник-сланец-песчаник с различными углами между слоями, изучил упругую реакцию скорости распространения волн и обнаружил, что модуль упругости и модуль сдвига композитного массива горных пород меняется в зависимости от прослойки. угол. С увеличением угла более существенное влияние оказывает его жесткость, а на анизотропное поведение скорости волны в сложном массиве горных пород влияет направление трещины, а не сланцевый прослой.