[發(fā)明專利]一種受不同采動(dòng)影響堅(jiān)硬巖體Hoek?Brown參數(shù)m、s的求取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510375060.6
• 申請(qǐng)日: 2015-07-01
• 公開（公告）號(hào): CN104977210B
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田成林;譚云亮;寧建國(guó);房凱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/08
• 分類號(hào): G01N3/08
• 代理公司: 濟(jì)南舜源專利事務(wù)所有限公司37205
• 代理人: 朱玉建

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于巖體力學(xué)和工程地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域，涉及一種受不同采動(dòng)影響堅(jiān)硬巖體Hoek-Brown參數(shù)m、s的求取方法。

背景技術(shù)

在我國(guó)，屬于堅(jiān)硬頂板的煤層約占三分之一左右，且分布在50％以上的礦區(qū)。堅(jiān)硬頂板工作面懸頂大，礦壓顯現(xiàn)時(shí)間集中、強(qiáng)度大，對(duì)回采工作面構(gòu)成極大威脅，而且可能誘發(fā)大的結(jié)構(gòu)突變失穩(wěn)，造成沖擊地壓等相關(guān)災(zāi)害，對(duì)煤層的安全開采構(gòu)成巨大威脅。大量研究表明，巖體破壞是一種典型的非線性破壞，Hoek-Brown準(zhǔn)則作為巖體經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)度準(zhǔn)則，由于其能夠?qū)r體非線性破壞特征(現(xiàn)場(chǎng)開采影響)表現(xiàn)出來，因此，目前在工程實(shí)踐中得到較為廣泛的應(yīng)用。m、s作為Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則中描述巖體宏觀特性的兩個(gè)重要參數(shù)，其取值的正確與否，將直接關(guān)系著對(duì)工程安全性的正確判斷。

我國(guó)絕大部分礦區(qū)賦含多煤層，下部煤層開采過程中對(duì)上部頂板造成重復(fù)損傷，頂板損傷加劇并累積，微觀上從巖體強(qiáng)度出發(fā)，受不同采動(dòng)影響，巖體的Hoek-Brown參數(shù)m、s不同，宏觀上則有可能造成一系列不良后果：輕則工作面強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)，煤壁片幫嚴(yán)重，嚴(yán)重時(shí)煤柱破壞，可能會(huì)誘發(fā)覆巖空間大的結(jié)構(gòu)突變失穩(wěn)，造成沖擊地壓等嚴(yán)重災(zāi)害，對(duì)下部工作面的開采安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

目前工程地質(zhì)領(lǐng)域一般獲得霍克布朗參數(shù)的方法主要有：查表估計(jì)、巖體分類指標(biāo)RMR、RMI及Q現(xiàn)場(chǎng)估算等常規(guī)計(jì)算方法。然而上述方法雖然能夠得出m、s，但存在以下缺陷：①計(jì)算結(jié)果誤差較大，精度較低；②不同地域巖體組分、含量不同進(jìn)而造成了其呈現(xiàn)不同的強(qiáng)度，很難用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)去判別；③對(duì)于受多次采動(dòng)影響的巖體時(shí)人為因素考慮較多，計(jì)算結(jié)果更不準(zhǔn)確，有時(shí)甚至錯(cuò)誤。對(duì)于受不同采動(dòng)影響的堅(jiān)硬巖體Hoek-Brown參數(shù)m、s求取較少見到，且受現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件影響等，對(duì)于求取的m、s可靠度有待進(jìn)一步研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種受不同采動(dòng)影響堅(jiān)硬巖體Hoek-Brown參數(shù)m、s的求取方法，其采用如下技術(shù)方案：

一種受不同采動(dòng)影響堅(jiān)硬巖體Hoek-Brown參數(shù)m、s的求取方法，包括如下步驟：

s₁采前取芯

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，并結(jié)合巖層柱狀圖確定取芯的地點(diǎn)及巖性；制定取芯方案；將取出的巖芯進(jìn)行密封處理；

s₂采后取芯

在本煤層開采之后，下煤層開采之前對(duì)開采煤層上覆巖層再次取芯，并將取出的巖芯進(jìn)行密封處理；

待下煤層開采之后，對(duì)開采過的上煤層頂板再次取芯，并將取出的巖芯進(jìn)行密封處理；

s₃標(biāo)準(zhǔn)試件加工

對(duì)步驟s₁和步驟s₂取回的巖芯通過鉆取、切割、打磨三道工序，加工為標(biāo)準(zhǔn)試件；

s₄將標(biāo)準(zhǔn)試件分類

根據(jù)受采動(dòng)影響次數(shù)將加工完成的標(biāo)準(zhǔn)試件分為3類：第Ⅰ類為未受采動(dòng)影響的無損巖石試件；第Ⅱ類為受一次采動(dòng)影響的巖石試件；第Ⅲ類為受二次采動(dòng)影響的巖石試件；

其中，上述每一類巖石試件保證與層位巖性一一對(duì)應(yīng)；

s₅單軸、三軸試驗(yàn)

將第Ⅰ類巖石試件通過單軸壓縮試驗(yàn)獲取其單軸抗壓強(qiáng)度σ_ci；

對(duì)第Ⅱ類試件進(jìn)行三軸試驗(yàn)，每組試樣分別施加5～40MPa的圍壓，然后施加軸壓，直至試樣破壞，記錄整個(gè)加載過程的中荷載位移曲線；

對(duì)第Ⅲ類試件進(jìn)行與第Ⅱ類試件相同過程的三軸試驗(yàn)；

s₆求取Hoek-Brown參數(shù)的m、s值

根據(jù)Hoek-Brown準(zhǔn)則計(jì)算每組條件下的m值和s值，計(jì)算過程如下：

將變形為：(σ₁-σ₃)²＝mσ₃σ_ci+sσ_ci²；

式中，σ₁、σ₃分別為巖體破壞時(shí)的最大主應(yīng)力、最小主應(yīng)力，σ_ci為完整巖塊的單軸抗壓強(qiáng)度，m、s為與巖體特性有關(guān)的材料常數(shù)：m反映了巖塊的堅(jiān)硬程度，其取值為1×10^-7～25；而s反映巖體的破碎程度，其取值范圍為0～1；

對(duì)于第Ⅰ類試件，令s＝1，利用3～5組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，取其平均值便可得出完整巖體的m值；

對(duì)于第Ⅱ類試件及第Ⅲ類試件利用至少4組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，獲得m、s值。