寒区露天矿岩质边坡裂隙岩体冻融损伤特征及力学特性试验研究
田森1
赵映2
司鹄1
朱淳3
李全贵1
1.重庆大学资源与安全学院煤矿灾害动力学与控制全国重点实验室,重庆 4000442.重庆大学资源与安全学院煤矿灾害动力学与控制全国重点实验室,重庆 400044;中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司,四川成都 6111303.河海大学地球科学与工程学院,江苏南京 210000
摘要：我国露天矿岩质边坡规模大、数量多,易受到复杂地质地形、自然及工程扰动等多因素影响而导致滑坡灾害频发,特别是我国西北地区,复杂地形与地质构造、恶劣的气候及环境、长期的工程扰动等,致使滑坡灾害频发,给人民生命与财产安全带来严重威胁.针对以上问题,从露天矿岩质边坡特征岩体宏细观损伤演化视角出发,采用工程现场调研、理论分析、室内试验研究等多方位研究手段,综合了岩石力学、土力学等理论和方法,以新疆寒区某露天矿高陡岩质边坡为研究对象,根据实际工程地质环境特征,开展潜滑区岩体冻融损伤试验、裂隙岩体冻胀力演化试验、单轴压缩试验研究,探析不同倾角(0°、25°、50°、75°)裂隙岩体在不同冻融循环条件下的质量损失、波速衰减以及冻胀力演化特征,揭示裂隙岩体在不同载荷条件下的强度时效特征,以及冻融循环条件下力学特性演化规律.在此基础上,结合声发射裂隙场监测试验研究,阐明边坡岩体最终破裂模式以及在变形及破坏过程中的裂纹形态与扩展宏细观机理.结果表明:在冻融循环作用下(0、10、20、30次),岩体饱和质量呈先增后减、纵波波速呈减速衰减趋势;冻胀力演化分为孕育段、起胀段、稳定段、二次起胀段、消融段 5个阶段,且冻胀力产生、达到峰值所需时间以及峰值大小与裂隙倾角均呈正相关,裂隙倾角0°、25°、50°、75°岩样峰值冻胀力分别为3.68、3.88、4.04、4.13 MPa.冻胀作用使岩体承受反复张拉作用而强度下降,是该寒区边坡失稳的重要诱因;岩体单轴压缩应力-应变关系、裂纹体积应变趋势大致相同,分为微裂隙闭合、弹性变形、屈服、裂隙加速扩展以及峰后 5个典型阶段.岩体抗压强度与弹性模量随冻融次数增加呈线性下降趋势,随裂隙倾角增大而线性上升.由岩样最终破裂形态及基于混合高斯模型的细观裂纹分类可知,岩样细观破裂以张拉为主,最多达到 54.2%,其次为混合裂纹,最多达到 42.3%.随着冻融次数的增加(20～30次),细观混合裂纹比例增加,剪切裂纹减少,宏观破坏模式表现为张拉与剪切的混合破坏.
关键词：岩质边坡裂隙岩体冻胀力冻融循环破裂模式
分类号：TD804(矿山开采)TD315(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(51904040)芒市华盛金矿开发有限公司资助项目(H20241326)高校创新团队发展计划资助项目(IRT_17R112)
论文发表日期：2024-12-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 4687-4700 )
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