岩石力学与工程课(蔡美峰).pptVIP

孔壁为平面应力状态，只有??，?z’，??z三个应力分量，每个电阻应变花的4支应变片所测应变值???，?z，?45，?-45 即（ ?135 ）和它们的关系式为 3) 孔壁应变和三维原岩应力分量(?x，?y，?z，?xy，?yz，?zx)之间的关系式 将??，?z′，??z转变成原岩应力分量?x，?y，?z，?xy，?yz，?zx的表达式，可得到下列方程 4) 孔壁应变计围压试验结果计算测点岩石弹性模量和泊松比的公式 空心包体应变测量 1) 测量原理：空心包体应变计的主体是一个外径37mm，壁厚2mm的空心圆筒，三组和孔壁应变计类似的应变花嵌贴在筒壁的中间。 2) 空心包体应变计算地应力的方式 空心包体应变计应变数据计算地应力的公式和孔壁应变计具有几乎相同的形式。 多了4个修正系数k1，k2，k3，k4(统称k系数)，用以修正由于在空心包体应变计中，应变片不是直接粘贴在孔壁上，而是与孔壁有1mm左右的距离，因而其测出的应变值和孔壁应变计测出的应变值是有区别的。 k系数是与岩石和空心包体材料的弹性模量、泊松比、空心包体的几何形状、钻孔半径等有关的变数。对于每一次应力解除试验，都必须具体计算该测点的k系数值。 k系数的计算公式教材《岩石力学与工程》（蔡美峰主编，何满潮、刘东燕副主编）第170页。 3) 空心包体围压试验计算测点岩石弹性模量和泊松比的公式 和空壁应变计的围压试验计算公式也基本相同，但在公式(4-25)式中多了一个K1，它是由蔡美峰推导出来的。 4) 空心包体应变计优点 应变计和孔壁在相当大的一个面积上胶结在一起，因此胶结质量较好。 胶结剂还可注入应变计周围岩体中的裂隙、缺陷，使岩石整体化，因而较易得到完整的套孔岩芯。 可用于中等破碎和松软的岩体中，且有较好的防水性能。 目前空心包体应变计已成为世界上最广泛采用的一种地应力解除测量仪器。 5) 北京科技大学蔡美峰教授等发明了“实现完全温度补偿并考虑岩体非线性的地应力解除测量技术”，使地应力测量的可靠性和精度大幅度提高。 2.4 五个矿山地应力测量结果 2.4 五个矿山地应力测量结果 地应力场分布模型（线性回归）： 2.4 五个矿山地应力测量结果 表2 峨口铁矿水压致裂法各测点主应力计算结果 2.4 五个矿山地应力测量结果 地应力场分布模型（灰色建模理论）： 2.4 五个矿山地应力测量结果 2.4 五个矿山地应力测量结果 2.4 五个矿山地应力测量结果 五个矿山地应力场分布规律性分析 1）五个矿山的地应力分布状态基本相同，即在三个主应力中，均有二个接近于水平方向，另一个接近于垂直方向。 2）五个矿山的最大主应力均位于近水平方向，最大水平主应力值为自重应力的2倍左右。说明这五个矿山的地应力场是以水平构造应力为主导的，而不是以自重应力为主导的。 3）最大水平主应力的走向，新城金矿位于南东东-北西西向或接近东西向，梅山铁矿位于南东-北西向，峨口铁矿位于南南东-北北西向或接近于南北向，金川镍矿为北北东-南南西向或接近南北向，玲珑金矿为南东-北西向，均基本上与区域构造地应力场最大主应力的方向相一致。 3.5 工程实例：新城金矿复杂条件矿床采矿方法研究 （国家“九五”攻关项目） 开采难点： 1）矿体赋存于宽大断裂带中，上盘为破碎岩或断层泥，极不稳定； 2）矿体沿走向长度较短，但延深大、倾角缓；矿体厚度变化大，形态多变； 3）由于矿体沿走向长度短，因而采场布置和矿山生产规模受到严重限制； 4）地表有村庄、农田和公路，不允许沉陷； 5）围岩破碎，采矿方法陈旧，采矿损失率和贫化率长期居高不下。 关键技术： （1）采用盘区上向高分层连续回采充填采矿工艺。 高分层开采显著提高了采场生产能力和采矿强度，减少采准工作量，降低生产成本。 实现了各采场连续回采，大大增加了盘区内同时回采的采场数目，大幅度提高盘区生产能力，充分发挥机械化无轨作业的优越性；大大增加了采场安全性，显著降低采矿损失率和贫化率。 采用正交设计、非线性神经网络和非线性有限元数值模拟等多种方法进行了采矿设计的定量计算、分析，实现了采场结构参数和开采顺序的优化。 （2）提出了盘区呈“品”字型布置采场进路的免压拱开采技术，使采场围岩的应力分布趋于合理，采场地压得到有效控制。 （3）实现了采场凿岩爆破参数的优化，提高了爆破效率和质量，增大了采场生产能力，节省凿岩爆破成本，同时使采场作业环境大大改善。 （4）实现了无轨采掘设备的优化配置和全盘机械化，提高了无轨采掘设备的作业效