高渗透压和不对称围压作用下深竖井围岩损伤破裂机理

刘力源^1,2，纪洪广^1,2，王涛^1,2，裴峰^1,2，权道路^1,2

1. 北京科技大学城市地下空间工程北京市重点实验室2. 北京科技大学土木与资源工程学院

摘 要：随着矿产资源开采深度的不断增大,地应力、地温和孔隙水压随之显著增大,岩石的非线性力学行为更加凸显.针对高渗透压和不对称围压作用下深竖井围岩损伤破裂问题,构建了流固损伤耦合效应力学分析模型,分析了流固耦合条件下深竖井开挖围岩有效应力,探讨了孔隙水压及地应力场对围岩损伤破裂演化的作用机制.研究结果表明:孔隙水压及孔隙水压梯度越大围岩损伤破裂区面积越大,围岩损伤破裂区面积随围岩渗透率的减小逐渐增大并趋于稳定;地应力场对围岩破裂形态具有重要控制作用,最大水平主应力与最小水平主应力差异较小时,围岩损伤破裂区集中在最小水平主应力方向,以剪切损伤为主,最大水平主应力与最小水平主应力差异较大时,在最大水平主应力方向上会产生拉伸损伤破裂区.值得关注的是,由于孔隙水压的存在,最大有效水平主应力与最小有效水平主应力之间的比值增大,即围岩发生拉伸破坏的风险增大.本文研究表明,竖井选址和设计过程中应避开构造应力大、孔隙水压大的区域,从而保障井筒施工安全.

关键词：深竖井;高渗透压;不对称围压;损伤破裂;数值模拟;