巖石力學(xué)結(jié)課論文-深部巖石地下工程研究

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1、巖石力學(xué)結(jié)課論文班級(jí)城地142姓名蔡少雯學(xué)號(hào)深部巖石地下工程摘要隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷推進(jìn)，地下空間工程的開展不斷深入，其開發(fā)深度也愈來(lái)愈深--逾數(shù)千米的各種礦山(如南非金礦和金川鎳礦等),水電工程埋深逾數(shù)千米的引水隧道，核廢料深層處理，深層地下防護(hù)工程(如700米防護(hù)巖層下的北美防空司令部)等。巖石地下工程越深，相應(yīng)地也會(huì)產(chǎn)生一些新的問(wèn)題。本文將會(huì)結(jié)合在巖石力學(xué)課程中所學(xué)的知識(shí)，對(duì)深部巖石地下工程展開研究。關(guān)鍵詞研究現(xiàn)狀地應(yīng)力巖爆力學(xué)特征支護(hù)設(shè)計(jì)1.深部巖石地下工程的定義深部巖石地下工程的發(fā)展伴隨著深部采礦工程和深部隧道工程的不斷深入發(fā)展。為了建立深部工程的概念，我

2、們?cè)诖艘雵?guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)所定義的硬巖發(fā)生軟換的深度作為界定深部巖石地下工程的界限。即假設(shè)覆巖的容重為2500kg/m3，則硬巖發(fā)生軟化的臨界深度為500m。因此，我們可以視大于500m深度范圍的巖石地下工程稱為深部巖石地下工程，反之將小于500m深度范圍的巖石地下工程稱為淺部巖石地下工程。并且，我們可以依據(jù)不同深度下發(fā)生的巖石力學(xué)破壞現(xiàn)象，將深部巖石地下工程進(jìn)一步地細(xì)分為較深巖石地下工程、超深巖石地下工程和極深巖石地下工程三類。2.國(guó)內(nèi)外深部巖石地下工程的現(xiàn)狀能源和礦產(chǎn)資源制約著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。隨著前部資源的日益枯竭，國(guó)內(nèi)外都陸續(xù)開始進(jìn)入深部巖石地下工程對(duì)深部資

3、源進(jìn)行開采。2.1國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀根據(jù)目前資源開采情況，我國(guó)的煤礦開采深度正以每年8-12m的深度增加，東部礦井正以100-250m/(10年)的速度發(fā)展。近年來(lái)已經(jīng)有一批礦山進(jìn)入深部開采。其中，在煤炭開采方面，沈陽(yáng)采屯礦開采深度為1197m、北京門頭溝開采深度為1008m、長(zhǎng)廣礦開采深度為1000m、徐州張小樓礦開采深度為1100m、開灤趙各莊礦開采深度為1159m、北京冠山礦開采深度為1059m。在金屬礦開采方面，冬瓜山銅礦目前開采深度為900-1100m，紅透山銅礦開采深度已進(jìn)入900m，弓長(zhǎng)嶺鐵礦設(shè)計(jì)深度為1000m。此外還有例如金川鎳礦、壽王墳銅礦、凡口鉛缽礦等

4、多做礦山礦井都已進(jìn)入或?qū)⒁_始進(jìn)行深部巖石地下工程進(jìn)行深部開采。因此我們可以預(yù)計(jì)在未來(lái)20年內(nèi)我國(guó)很多礦藏都將進(jìn)入到1000-1500m的深部開采。我國(guó)國(guó)有重點(diǎn)煤礦的平均開采深度變化趨勢(shì)如圖2.1所示。2.2國(guó)外現(xiàn)狀據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)外開采超千米深的金屬礦山有80多座，其中最多為南非。南非絕大多數(shù)金礦的開采深度大都在1000m以下。其中，Anglogold有限公司的西部深井金礦，采礦深度達(dá)3700m，WestDriefovten金礦礦體賦存于地下600m，并一直延伸至6000m以下。印度的Kolar金礦區(qū)，已有三座金礦采礦深度超2400m，其中錢皮恩里夫金礦共開拓1

5、12個(gè)階段，總深達(dá)到了3260m。俄羅斯的克里沃羅格鐵礦區(qū)，已有捷爾任斯基、基洛夫、國(guó)產(chǎn)國(guó)際等8座礦山采準(zhǔn)深度達(dá)910m，開拓深度達(dá)1570m，預(yù)計(jì)未來(lái)將達(dá)到2000-2500m。另外，加拿大、美國(guó)、澳大利亞的一些有色金屬礦山采深亦超過(guò)1000m。國(guó)外一些主要產(chǎn)煤國(guó)家從20世紀(jì)60年代開始就進(jìn)入深部巖石地下工程。1960年前，西德平均開采深度就已經(jīng)達(dá)到650m，1987年已將近900m；前蘇聯(lián)在20世紀(jì)80年代末就有一半以上產(chǎn)量來(lái)自600m以下深部。國(guó)外深部巖石地下工程開采現(xiàn)狀如圖2.2所示。3.基于巖石力學(xué)的深部巖石地下工程分析3.1“高地應(yīng)力強(qiáng)擾動(dòng)”的惡略環(huán)境

6、3.1.1地應(yīng)力測(cè)量隨深度變化的趨勢(shì)地應(yīng)力，又稱為原巖應(yīng)力，可以概要定義為存在于巖體中未受擾動(dòng)的自然應(yīng)力。它是引起各種地下或露天巖石開挖工程變形和破壞的根本動(dòng)力。地應(yīng)力場(chǎng)呈三維狀態(tài)有規(guī)律地分布于巖體中。當(dāng)工程開挖后，應(yīng)力受開挖擾動(dòng)的影響而重新分布，重分布后形成的應(yīng)力則稱為二次應(yīng)力或誘導(dǎo)應(yīng)力。地應(yīng)力可以通過(guò)水壓致裂法、應(yīng)力接觸法、應(yīng)力恢復(fù)法、聲發(fā)射法等方法進(jìn)行測(cè)定?；艨撕筒祭视?978年對(duì)全球地應(yīng)力測(cè)量資料進(jìn)行了分析，從中選擇出由地表到2500m深度的120個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖3.1所示。結(jié)果表明，垂直應(yīng)力普遍具有以下簡(jiǎn)單關(guān)系式所表示的趨勢(shì)：δv=0.278Z(1

7、)其中Z為深度，δv為垂直應(yīng)力。同時(shí)他們也繪制出水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值K隨深度變化的關(guān)系曲線(圖3.2)圖3.2表明的平均水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值K，通常處于下式所限定的范圍內(nèi)：100/Z+0.3《K《1500/Z+0.5(2)將K=δh,av/δv=δh,av/0.278Z帶入方程式(2)，得出δh,av的范圍界限為：27+0.08Z《δh,av《405+0.14Z(3)圖3.2表明的基本特征為：在某個(gè)給定的深度上，尤其是在比較淺的情況下，K值是相當(dāng)寬廣的。例如，Z=500m時(shí)，K可能從0.5變化到3.5。當(dāng)Z=2000m時(shí)，K可能從0.35變化到1.25。很

8、明顯，只有