Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu thực nghiệm về quy luật lan truyền vết nứt và cơ chế của đá đã nứt trước
Springer Science and Business Media LLC - Trang 1-13 - 2023
Tóm tắt
Quy luật lan truyền vết nứt của đá đã nứt trước có ảnh hưởng thiết yếu đến sự chuyển động của đá bên trên và sự ổn định của đá xung quanh đường hầm trong quá trình khai thác. Sự ổn định của đá xung quanh khu vực khai thác bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi áp lực khai thác. Tuy nhiên, sự phát triển của các vết nứt trong đá đã nứt trước có ảnh hưởng lớn đến áp lực khai thác. Do đó, các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và mô phỏng số được sử dụng để nghiên cứu quy luật và cơ chế lan truyền vết nứt của đá đã nứt trước với các tỷ lệ nứt khác nhau. Kết quả chỉ ra rằng khi tỷ lệ cắt tăng dần, cường độ ứng suất cắt cực đại của mẫu giảm, và thời gian cần thiết cho sự lan truyền vết nứt kể từ khi bắt đầu tải trọng giảm. Hơn nữa, khi mẫu chứa một vết nứt phía một bên, các vết nứt bắt đầu hình thành và lan truyền theo cả hai hướng dưới tác dụng của ứng suất cắt, cuối cùng tạo thành khu vực vết nứt hình tròn. Kích thước của khu vực vết nứt hình tròn giảm dần khi tỷ lệ cắt tăng. Điều này gợi ý rằng khi tỷ lệ cắt tăng, ảnh hưởng của quá trình gãy nứt đến tính toàn vẹn của mái đường hầm dần yếu đi. Trong mô phỏng số, các vết nứt vi mô phát triển trong mẫu dưới tác động của ứng suất cắt, và số lượng vết nứt vi mô giảm khi tỷ lệ cắt tăng. Kết quả mô phỏng số cho thấy sự nhất quán tốt với kết quả thí nghiệm trong phòng thí nghiệm. Các kết quả nghiên cứu có giá trị tham khảo quan trọng cho việc kiểm soát ổn định của đường vào phía núi bên và việc phổ biến cũng như ứng dụng công nghệ khai thác không trụ.
Từ khóa
#quy luật lan truyền vết nứt #đá đã nứt trước #ứng suất cắt #ổn định đá xung quanh #kiểm soát ổn địnhTài liệu tham khảo
Aboayanah KR, Popoola AK, Abdelaziz A et al (2022) Effect of pre-existing cracks on thermal cracking of granitic rocks under confinement. Geomech Geophys Geo. https://doi.org/10.1007/s40948-022-00431-0
Chang X, Zhang X, Cheng L et al (2022) Crack path at bedding planes of cracked layered rocks. J Struct Geol. https://doi.org/10.1016/j.jsg.2021.104504
Chen LX, Guo WY, Zhang DX et al (2022) Experimental study on the influence of prefabricated fissure size on the directional propagation law of rock type-I crack. Int J Rock Mech Min. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2022.105274
Du Q, Bi J, Tan YH (2005) Model test of gypsum-like materials. Constr Technol 34(11):71–72
Ghazvinian A, Blumel M (2012) A study of the failure mechanism of planar non-persistent open joints using PFC2D. J Rock Mech Rock Eng 45(5):677–693. https://doi.org/10.1007/s00603-012-0233-2
Guo ZB, Wang J, Cao TP et al (2016) Research on key parameters of gob-side entry retaining automatically formed by roof cutting and pressure release in thin coal seam mining. J China Univ Min Technol 45(5):879–876 In Chinese. https://doi.org/10.13247/j.cnki.jcumt.000560
He MC, Gao YB, Yang J et al (2017) Study on the energy-concentrating slit technology of self-forming lane without coal pillar and its influence on stress evolution of surrounding rock. Chin J Rock Mech Eng 36(6):1314–1326. https://doi.org/10.13722/j.cnki.jrme.2016.1180. In Chinese
He MC, Guo PF, Zhang XH et al (2018) Directional pre-split of roadway roof based on the theory of two-way concentrated tension and blasting. Explos Shock Waves 38(4):795–803. https://doi.org/10.11883/bzycj-2016-0359. In Chinese
Huang YH, Yang SQ, Tian WL (2019) Crack coalescence behavior of sandstone sample containing two pre-existing flaws under different confining pressures. Theor Appl Fract Mec 99:118–130. https://doi.org/10.1080/19648189.2022.2136248
Inglis CE (1913) Stresses in a plate due to the presence of cracks and sharp corners. Proc SPIE Milest Ser 137:3–17
Lee J, Hong JW (2018) Crack initiation and fragmentation processes in pre-cracked rock-like materials. Geomech Eng 15(5):1047–1059. https://doi.org/10.12989/gae.2018.15.5.1047
Li S, Zhang D, Bai X et al (2019) Experimental study on mechanical properties, acoustic emission energies and failure modes of pre-cracked rock materials under uniaxial compression. Pure Appl Geophys 176:4519–4532. https://doi.org/10.1007/s00024-019-02201-8
Ma XG, He MC, Li XZ et al (2019) Study on the deformation mechanism and control countermeasures of overburden rock in automatic tunneling with pressure cut and pressure relief. J China Univ Min Technol 48(3):474–483 In Chinese. https://doi.org/10.13247/j.cnki.jcumt.000996
Miao ST, Pan PZ, Wu ZH et al (2018) Fracture analysis of sandstone with a single filled flaw under uniaxial compression. Eng Fract Mech 204:319–343. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2018.10.009
Mostafa Asadizadeh M, Moosavi et al (2017) Shear strength and cracking process of nonpersistent jointed rocks: an extensive experimental investigation. J Rock Mech Rock Eng 24(3):665–678. https://doi.org/10.1007/s00603-017-1328-6
Niu Y, Zhou XP, Zhang JZ et al (2019) Experimental study on crack coalescence behavior of double unparallel fissure-contained sandstone samples subjected to freeze-thaw cycles under uniaxial compression. Cold Reg Sci Technol 158:166–181. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2018.11.015
Pengfei GUO, Yuan YD, Ye KK et al (2021) Fracturing mechanisms and deformation characteristics of rock surrounding the gate during gob-side entry retention through roof pre-fracturing. Int J Rock Mech Min. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2021.104927
Sarfarazi V, Ghazvinian A, Schubert W et al (2014) Numerical Simulation of the process of fracture of Echelon rock joints. J Rock Mech Rock Eng 47(5):1355–1371. https://doi.org/10.1007/s00603-013-0450-3
Sivakumar G, Maji VB (2023) Study on crack growth behaviour in rocks having pre-existing narrow flaws under biaxial compression. Geotech Geol Eng 41(1):153–188. https://doi.org/10.1007/s10706-022-02272-w
Sun XM, Liu X, Liang GF et al (2014) Research on key parameters of roadway retaining along goaf for pressure relief in thin seam. Chin J Rock Mech Eng 33(7):1449–1457
Tang JQ, Li WT, Song WJ et al (2018) Study on the parameters of cutting seam along the goaf to remove the pressure on top of the coal seam in layered mining. J Coal Technol 37(6):6–8. https://doi.org/10.13301/j.cnki.ct.2018.06.003. In Chinese
Wang J, Ma ZM, Zhou P et al (2018) Study on optimization of pre-splitting slit parameters of top-retaining tunnel in Hongjingta mine. J Coal Technol 37(8):66–68. https://doi.org/10.13301/j.cnki.ct.2018.08.026. In Chinese
Wang Min C, Ping (2017) Experimental study of crack growth in rock-like materials containing multiple parallel pre-existing flaws under biaxial compression. Geotech Geol Eng 35(3):1023–1034. https://doi.org/10.1007/s10706-017-0158-3
Xia M, Zhao CB (2014) Dimensional study of the influence of micro parameters on macro parameters in parallel bonding model. Chin J Rock Mech Eng 33(02):327–338. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-6915.2014.02.014. In Chinese
Yang Weihong W, Baozhen Xu (2021) Study on the crack growth law and mechanism of the rock mass with defect combination. Geotech Geol Eng 39(2):1319–1327. https://doi.org/10.1007/s10706-020-01560-7
Yuan L, Jiang YD, Wang K et al (2018) Precision exploitation and utilization of closed/abandoned mine resources in China. J China Coal Soci 43(1):14–20
Zhang GF, He MC, Yu XP et al (2011) Research on coal pillar-free mining technology for goaf cut-off in Baijiao mine protective layer. J Min Saf Eng 28(4):511–516. https://doi.org/10.3969/j.issn.1673-3363.2011.04.003. In Chinese
Zhang Z, Ma CC, Li TB, Song T et al (2020) Numerical simulation of cracking behavior of precracked rock under mechanical-hydraulic loading. Geofluids. https://doi.org/10.1155/2020/8852572
Zhang XS, Ma LJ, Zhu ZM et al (2022) Experimental study on the energy evolution law during crack propagation of cracked rock mass under impact loads. Theor Appl Fract Mec. https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2022.103579
Zhou T, Zhu JB, Ju Y et al (2019a) Volumetric fracturing behavior of 3D printed artificial rocks containing single and double 3D internal flaws under static uniaxial compression. Eng Fract Mech 205:190–204. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2018.11.030
Zhou ZL, Cai X, Ma D et al (2019b) Water saturation effects on dynamic fracture behavior of sandstone. Int J Rock Mech Min 114:46–61. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2018.12.014