一种岩体结构面剪切破坏表面形态演化规律系统

本发明涉及地质技术领域，具体为一种岩体结构面剪切破坏表面形态演化规律系统。

背景技术：

采矿业是提供原料和能源的工程领域，是国民经济的基础。我国冶金矿山80％的矿石量来自于露天矿山,露天矿山对我国冶金工业的可持续发展具有重要意义。经过几十年高强度开采，我国绝大多数大中型露天矿山均进入深凹开采阶段，部分矿山已经转入地下开采阶段。进入21世纪以来，随着矿山岩体工程技术与现代化机械设备的快速发展,矿山岩体工程的规模与深度持续快速增长，垂深超过400m、坡面角大于40°的大型高陡岩质边坡不断涌现，边坡安全管理与维护的技术难度空前，复杂地质与外部扰动环境条件下高陡岩质边坡的长期稳定性与安全问题已经成为我国大型露天矿山深凹露天与露天转地下开采面临的重大难题。

因此，对身处露天与地下复合采动卸荷环境、同时承受强降雨入渗作用高陡岩质边坡裂隙岩体的变形破裂演化特征、流变力学特性、工程稳定性演化机制及多场互响应特征开展系统深入的研究,有助于从理论上揭示复杂环境应力(地表强降雨入渗渗流场、深凹露天或露天转地下采动卸荷应力场耦合作用)长期作用下裂隙高陡岩质边坡失稳的渐进破坏机理。成果不仅对金属矿山边坡的安全管控与稳定性评价具有较强的理论意义和实际应用价值，也是对岩石力学理论体系的进一步完善与有益补充。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题在于克服现有技术的复杂环境对矿山开采影响的缺陷，提供一种岩体结构面剪切破坏表面形态演化规律系统。所述一种岩体结构面剪切破坏表面形态演化规律系统具有便于对矿山边坡安全管控与稳定评价等特点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种岩体结构面剪切破坏表面形态演化规律系统，包括以下步骤：

(1)：文献查阅、现场调研、数据资料整理分析及岩样采集与加工；

(2)：常规岩石力学实验；

(3)：实验测试操作、三维物理模型实验、flac、pfc数据模拟及理论分析操作；

(4)：对强降雨入渗-采动卸荷岩体变形的特征进行操作分析；

(5)：裂隙岩体结构面损伤力学模型与裂隙演化机制分析；

(6)：裂隙岩体非线性流变模型建立与破裂失稳分析；

(7)：揭示降雨入渗与采动卸荷耦合下高陡岩质边坡裂隙岩体的破坏失稳机理。

优选的，步骤(1)中操作包括矿山开采现状的了解、地质构造特征的掌握、工程地质概况、水文地质情况、矿区历年降雨特征、矿山开采设计及图纸资料、边坡概况。

优选的，步骤(2)中的实验包括裂隙面剪切实验、单轴压缩实验、三轴压缩实验、巴西劈裂实验。

优选的，步骤(3)中实验测试包括岩石细观结构sem测试、矿物细观成分mla分析、裂隙演化特征ct实时测试和岩体流变特诊gds测试。

优选的，步骤(3)中三维物理模型实验包括模型概化与相似常数确定、材料配比与物理模型制作、模型开挖扰动过程模拟、同步降雨入渗耦合模拟、应力、位移、采动场演化过程全程实时监测。

优选的，步骤(3)中的flac、pfc数据模拟包括边坡网格、颗粒模型构建、强度准则选取、岩体参数赋值与标定、孔隙水压与初始应力赋值、渗流采动耦合分析。

优选的，步骤(3)中的理论分析包括岩体力学、等效连续介质力学、非饱和土力、岩土动力学、断裂力学。

优选的，步骤(4)中包括强降雨入渗采动卸荷耦合下裂隙岩体变形破裂演化特征、强降雨入渗采动卸荷耦合下裂隙岩体的流变特征、强降雨入渗-采动卸荷耦合下裂隙高陡边坡稳定性演化特征、高陡岩质边坡裂隙岩体对多场互响应特征。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明从多尺度揭示复杂环境应力长期作用下高陡岩质边坡裂隙岩体失稳的渐进破坏机理，为我国南方地区金属矿山开采过程中裂隙高陡岩质边坡的安全维护与灾害防控提供理论依据，减少我国赣南地区每年因“梅雨季节”造成的山体滑坡事故及经济损失。

附图说明

图1为本发明的步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种岩体结构面剪切破坏表面形态演化规律系统，包括以下步骤：

文献查阅、现场调研、数据资料整理分析及岩样采集与加工，操作包括矿山开采现状的了解、地质构造特征的掌握、工程地质概况、水文地质情况、矿区历年降雨特征、矿山开采设计及图纸资料、边坡概况，完成对资料的收集操作，便于后期的实验使用，再进行常规岩石力学实验，实验包括裂隙面剪切实验、单轴压缩实验、三轴压缩实验、巴西劈裂实验，实现对岩石力学数据的测试和收集，然后进行实验测试操作、三维物理模型实验、flac、pfc数据模拟及理论分析操作，验测试包括岩石细观结构sem测试、矿物细观成分mla分析、裂隙演化特征ct实时测试和岩体流变特诊gds测试，三维物理模型实验包括模型概化与相似常数确定、材料配比与物理模型制作、模型开挖扰动过程模拟、同步降雨入渗耦合模拟、应力、位移、采动场演化过程全程实时监测，flac、pfc数据模拟包括边坡网格、颗粒模型构建、强度准则选取、岩体参数赋值与标定、孔隙水压与初始应力赋值、渗流采动耦合分析，理论分析包括岩体力学、等效连续介质力学、非饱和土力、岩土动力学、断裂力学，再对强降雨入渗-采动卸荷岩体变形的特征进行操作分析，包括强降雨入渗采动卸荷耦合下裂隙岩体变形破裂演化特征、强降雨入渗采动卸荷耦合下裂隙岩体的流变特征、强降雨入渗-采动卸荷耦合下裂隙高陡边坡稳定性演化特征、高陡岩质边坡裂隙岩体对多场互响应特征，裂隙岩体结构面损伤力学模型与裂隙演化机制分析，裂隙岩体非线性流变模型建立与破裂失稳分析，揭示降雨入渗与采动卸荷耦合下高陡岩质边坡裂隙岩体的破坏失稳机理，完善对岩体结构面剪切破坏表面形态演化规律系统，便于对矿山边坡安全管控与稳定评价。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：

1.一种岩体结构面剪切破坏表面形态演化规律系统，其特征在于，包括以下步骤：

(1)：文献查阅、现场调研、数据资料整理分析及岩样采集与加工；

(2)：常规岩石力学实验；

(3)：实验测试操作、三维物理模型实验、flac、pfc数据模拟及理论分析操作；

(4)：对强降雨入渗-采动卸荷岩体变形的特征进行操作分析；

(5)：裂隙岩体结构面损伤力学模型与裂隙演化机制分析；

(6)：裂隙岩体非线性流变模型建立与破裂失稳分析；

(7)：揭示降雨入渗与采动卸荷耦合下高陡岩质边坡裂隙岩体的破坏失稳机理。

2.根据权利要求1所述的一种岩体结构面剪切破坏表面形态演化规律系统，其特征在于：步骤(1)中操作包括矿山开采现状的了解、地质构造特征的掌握、工程地质概况、水文地质情况、矿区历年降雨特征、矿山开采设计及图纸资料、边坡概况。

3.根据权利要求1所述的一种岩体结构面剪切破坏表面形态演化规律系统，其特征在于：步骤(2)中的实验包括裂隙面剪切实验、单轴压缩实验、三轴压缩实验、巴西劈裂实验。

4.根据权利要求1所述的一种岩体结构面剪切破坏表面形态演化规律系统，其特征在于：步骤(3)中实验测试包括岩石细观结构sem测试、矿物细观成分mla分析、裂隙演化特征ct实时测试和岩体流变特诊gds测试。

5.根据权利要求1所述的一种岩体结构面剪切破坏表面形态演化规律系统，其特征在于：步骤(3)中三维物理模型实验包括模型概化与相似常数确定、材料配比与物理模型制作、模型开挖扰动过程模拟、同步降雨入渗耦合模拟、应力、位移、采动场演化过程全程实时监测。

6.根据权利要求1所述的一种岩体结构面剪切破坏表面形态演化规律系统，其特征在于：步骤(3)中的flac、pfc数据模拟包括边坡网格、颗粒模型构建、强度准则选取、岩体参数赋值与标定、孔隙水压与初始应力赋值、渗流采动耦合分析。

7.根据权利要求1所述的一种岩体结构面剪切破坏表面形态演化规律系统，其特征在于：步骤(3)中的理论分析包括岩体力学、等效连续介质力学、非饱和土力、岩土动力学、断裂力学。

8.根据权利要求1所述的一种岩体结构面剪切破坏表面形态演化规律系统，其特征在于：步骤(4)中包括强降雨入渗采动卸荷耦合下裂隙岩体变形破裂演化特征、强降雨入渗采动卸荷耦合下裂隙岩体的流变特征、强降雨入渗-采动卸荷耦合下裂隙高陡边坡稳定性演化特征、高陡岩质边坡裂隙岩体对多场互响应特征。

技术总结
本发明公开了一种岩体结构面剪切破坏表面形态演化规律系统，包括文献查阅、现场调研、数据资料整理分析及岩样采集与加工；常规岩石力学实验；实验测试操作、三维物理模型实验、FLAC、PFC数据模拟及理论分析操作；对强降雨入渗‑采动卸荷岩体变形的特征进行操作分析；裂隙岩体结构面损伤力学模型与裂隙演化机制分析；裂隙岩体非线性流变模型建立与破裂失稳分析；揭示降雨入渗与采动卸荷耦合下高陡岩质边坡裂隙岩体的破坏失稳机理。本发明具有便于对矿山边坡安全管控与稳定评价的优点。

技术研发人员：聂闻;李启航;耿加波;谷潇;原粲茗;蒋越;周涛;黄宜超;谢雨霖;李豫阳;刘江通
受保护的技术使用者：江西理工大学
技术研发日：2021.01.06
技术公布日：2021.07.23