岩石力学结课论文-深部岩石地下工程研究

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1、岩石力学结课论文班级城地142姓名蔡少雯学号314165102深部岩石地下工程摘要随着经济建设的不断推进，地下空间工程的开展不断深入，其开发深度也愈来愈深--逾数千米的各种矿山(如南非金矿和金川镍矿等),水电工程埋深逾数千米的引水隧道，核废料深层处理，深层地下防护工程(如700米防护岩层下的北美防空司令部)等。岩石地下工程越深，相应地也会产生一些新的问题。本文将会结合在岩石力学课程中所学的知识，对深部岩石地下工程展开研究。关键词研究现状地应力岩爆力学特征支护设计1.深部岩石地下工程的定义深部岩石地下工程的发展伴随着深部采矿工程和深部隧道工程的不断深入发展。为了

2、建立深部工程的概念，我们在此引入国际岩石力学学会所定义的硬岩发生软换的深度作为界定深部岩石地下工程的界限。即假设覆岩的容重为2500kg/m3，则硬岩发生软化的临界深度为500m。因此，我们可以视大于500m深度范围的岩石地下工程称为深部岩石地下工程，反之将小于500m深度范围的岩石地下工程称为浅部岩石地下工程。并且，我们可以依据不同深度下发生的岩石力学破坏现象，将深部岩石地下工程进一步地细分为较深岩石地下工程、超深岩石地下工程和极深岩石地下工程三类。2.国内外深部岩石地下工程的现状能源和矿产资源制约着国民经济的发展。随着前部资源的日益枯竭，国内外都陆续开始进

3、入深部岩石地下工程对深部资源进行开采。2.1国内现状根据目前资源开采情况，我国的煤矿开采深度正以每年8-12m的深度增加，东部矿井正以100-250m/(10年)的速度发展。近年来已经有一批矿山进入深部开采。其中，在煤炭开采方面，沈阳采屯矿开采深度为1197m、北京门头沟开采深度为1008m、长广矿开采深度为1000m、徐州张小楼矿开采深度为1100m、开滦赵各庄矿开采深度为1159m、北京冠山矿开采深度为1059m。在金属矿开采方面，冬瓜山铜矿目前开采深度为900-1100m，红透山铜矿开采深度已进入900m，弓长岭铁矿设计深度为1000m。此外还有例如金川

4、镍矿、寿王坟铜矿、凡口铅钵矿等多做矿山矿井都已进入或将要开始进行深部岩石地下工程进行深部开采。因此我们可以预计在未来20年内我国很多矿藏都将进入到1000-1500m的深部开采。我国国有重点煤矿的平均开采深度变化趋势如图2.1所示。2.2国外现状据不完全统计，国外开采超千米深的金属矿山有80多座，其中最多为南非。南非绝大多数金矿的开采深度大都在1000m以下。其中，Anglogold有限公司的西部深井金矿，采矿深度达3700m，WestDriefovten金矿矿体赋存于地下600m，并一直延伸至6000m以下。印度的Kolar金矿区，已有三座金矿采矿深度超24

5、00m，其中钱皮恩里夫金矿共开拓112个阶段，总深达到了3260m。俄罗斯的克里沃罗格铁矿区，已有捷尔任斯基、基洛夫、国产国际等8座矿山采准深度达910m，开拓深度达1570m，预计未来将达到2000-2500m。另外，加拿大、美国、澳大利亚的一些有色金属矿山采深亦超过1000m。国外一些主要产煤国家从20世纪60年代开始就进入深部岩石地下工程。1960年前，西德平均开采深度就已经达到650m，1987年已将近900m；前苏联在20世纪80年代末就有一半以上产量来自600m以下深部。国外深部岩石地下工程开采现状如图2.2所示。3.基于岩石力学的深部岩石地下工程

6、分析3.1“高地应力强扰动”的恶略环境3.1.1地应力测量随深度变化的趋势地应力，又称为原岩应力，可以概要定义为存在于岩体中未受扰动的自然应力。它是引起各种地下或露天岩石开挖工程变形和破坏的根本动力。地应力场呈三维状态有规律地分布于岩体中。当工程开挖后，应力受开挖扰动的影响而重新分布，重分布后形成的应力则称为二次应力或诱导应力。地应力可以通过水压致裂法、应力接触法、应力恢复法、声发射法等方法进行测定。霍克和布朗于1978年对全球地应力测量资料进行了分析，从中选择出由地表到2500m深度的120个测量点进行统计，如图3.1所示。结果表明，垂直应力普遍具有以下简单

7、关系式所表示的趋势：δv=0.278Z(1)其中Z为深度，δv为垂直应力。同时他们也绘制出水平应力与垂直应力的比值K随深度变化的关系曲线(图3.2)图3.2表明的平均水平应力与垂直应力的比值K，通常处于下式所限定的范围内：100/Z+0.3《K《1500/Z+0.5(2)将K=δh,av/δv=δh,av/0.278Z带入方程式(2)，得出δh,av的范围界限为：27+0.08Z《δh,av《405+0.14Z(3)图3.2表明的基本特征为：在某个给定的深度上，尤其是在比较浅的情况下，K值是相当宽广的。例如，Z=500m时，K可能从0.5变化到3.5。当Z=2

8、000m时，K可能从0.35变化到1.