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刘力源等：高渗透压和不对称围压作用下深竖井围岩损伤破裂机理 .721· 免围岩处于拉应力状态.此外，由于孔隙水压的存 参考文献 在，使得最大有效水平主应力与最小有效水平主 [1]Xie H P,Gao F,Ju Y.Research and development of rock 应力比值大于最大水平主应力与最小水平主应力 mechanics in deep ground engineering.ChinJ Rock Mech Eng, 比值，即围岩更容易发生拉伸损伤破坏.如图4所 2015,34(11):2161 示，随着孔隙水压的增大，竖井围岩损伤破裂区不 (谢和平，高峰，鞠杨.深部岩体力学研究与探索.岩石力学与工 断增大；对于同一孔隙水压，孔隙水压梯度越大， 程学报，2015,34(11)：2161) [2] 围岩的损伤破裂区亦越大.因此，在纱岭金矿建井 Qian Q H.The current development of nonlinear rock mechanics: the current development of nonlinear rock mechanics:the 过程中，需要严密监测地层孔隙水压及井壁孔隙 mechanics problems of deep rock mass//Proceedings of the 8th 水压梯度变化，从而保障安全高效施工 Rock Mechanics and Engineering Conference.Chengdu,2004:10 Pressure/MPa (钱七虎.非线性岩石力学的新进展一深部岩体力学的若干关 -500 10 20 3040 50 60 键问题第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集.成都 4中 Maximum horizontal 2004:10) principal stress -700 ◆Geostatic pressure [3]He M C.Xie H P,Peng S P,et al.Study on rock mechanics in Minimum horizontal deep mining engineering.Chin/Rock Mech Eng,2005,24(16): principal stress 2803 -900 -Hydrostatic pressure (何满潮，谢和平，彭苏萍，等.深部开采岩体力学研究.岩石力 学与工程学报，2005,24(16)：2803) -1100 4 1 [4]Xie H P.Research framework and anticipated results of deep rock 4 mechanics and mining theory.Ady Eng Sci,2017,49(2):1 -1300 (谢和平.“深部岩体力学与开采理论”研究构想与预期成果展 望.工程科学与技术，2017,49(2)：1) 41 [5] -1500 Cai M F,Brown ET.Challenges in the mining and utilization of deep mineral resources.Engineering,2017,3(4):432 [6]Feng X T,Liu J P,Chen B R,et al.Monitoring,warning,and -1700 control of rockburst in deep metal mines.Engineering,2017,3(4): 图11纱岭金矿主井主应力及孔隙水压力值随深度变化图 538 Fig.11 Variations of principal stress and pore pressure with depth in the [7] Cai M F,Ji D,Guo Q F.Study of rockburst prediction based on in- main shaft of Shaling gold mine situ stress measurement and theory of energy accumulation caused 5结论 by mining disturbance.Chin J Rock Mech Eng,2013,32(10): 1973 (1)流固损伤耦合效应分析表明孔隙水压通 (蔡美峰，冀东，郭奇峰.基于地应力现场实测与开采扰动能量 过影响有效应力场分布控制岩石损伤破裂演化过 积聚理论的岩爆预测研究.岩石力学与工程学报，2013 程.孔隙水压及孔隙水压梯度越大围岩损伤破裂 32(10):1973) 区面积越大.渗透率越大，井壁围岩附近孔隙水压 [8] Jiang Y D,Zhao Y X.State of the art:investigation on mechanism, forecast and control of coal bumps in China.Chin J Rock Mech 下降越快，围岩损伤破裂区面积越小 Eg,2015,34(11):2188 (2)地应力场对围岩破裂形态具有重要决定 (姜耀东，赵毅鑫.我国煤矿神击地压的研究现状机制、预警与 作用.最大水平主应力与最小水平主应力差异较 控制.岩石力学与工程学报，2015,34(11)：2188) 小时，围岩损伤破裂区集中在最小水平主应力方 [9]Xie H P.Research review of the state key research development 向，以剪切损伤为主.最大水平主应力与最小水平 program of China:deep rock mechanics and mining theory.J 主应力差异较大时，在最大水平主应力方向上将 China Coal Soc,2019,44(5):1283 会产生拉伸损伤破裂区. (谢和平.深部岩体力学与开采理论研究进展.煤炭学报，2019， (3)由于孔隙水压的存在，使得最大有效水平 44(5):1283) [10]Zhu W C,Wei C H,Tian J,et al.Coupled thermal-hydraulic- 主应力与最小有效水平主应力比值大于最大水平 mechanical model during rock damage and its preliminary 主应力与最小水平主应力比值，即流固耦合环境 application.Rock Soil Mech,2009,30(12):3851 下围岩更容易发生拉伸损伤破坏.因此，在实际工 (朱万成，魏晨慧，田军，等.岩石损伤过程中的热-流-力耦合模 程开挖过程中须规避高构造应力及高孔隙水压区 型及其应用初探.岩土力学，2009,30(12)：3851) 域，以避免围岩处于拉应力状态 [11]Zhou H W,Xie H P,Zuo J P.Developments in researches on免围岩处于拉应力状态. 此外，由于孔隙水压的存 在，使得最大有效水平主应力与最小有效水平主 应力比值大于最大水平主应力与最小水平主应力 比值，即围岩更容易发生拉伸损伤破坏. 如图 4 所 示，随着孔隙水压的增大，竖井围岩损伤破裂区不 断增大；对于同一孔隙水压，孔隙水压梯度越大， 围岩的损伤破裂区亦越大. 因此，在纱岭金矿建井 过程中，需要严密监测地层孔隙水压及井壁孔隙 水压梯度变化，从而保障安全高效施工. 5 结论 （1）流固损伤耦合效应分析表明孔隙水压通 过影响有效应力场分布控制岩石损伤破裂演化过 程. 孔隙水压及孔隙水压梯度越大围岩损伤破裂 区面积越大. 渗透率越大，井壁围岩附近孔隙水压 下降越快，围岩损伤破裂区面积越小. （2）地应力场对围岩破裂形态具有重要决定 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将 会产生拉伸损伤破裂区. （3）由于孔隙水压的存在，使得最大有效水平 主应力与最小有效水平主应力比值大于最大水平 主应力与最小水平主应力比值，即流固耦合环境 下围岩更容易发生拉伸损伤破坏. 因此，在实际工 程开挖过程中须规避高构造应力及高孔隙水压区 域，以避免围岩处于拉应力状态. 参 考 文 献 Xie H P, Gao F, Ju Y. Research and development of rock mechanics in deep ground engineering. Chin J Rock Mech Eng, 2015, 34（11）: 2161 （谢和平, 高峰, 鞠杨. 深部岩体力学研究与探索. 岩石力学与工 程学报, 2015, 34（11）：2161） [1] Qian Q H. The current development of nonlinear rock mechanics: the current development of nonlinear rock mechanics: the mechanics problems of deep rock mass//Proceedings of the 8th Rock Mechanics and Engineering Conference. Chengdu, 2004: 10 （钱七虎. 非线性岩石力学的新进展—深部岩体力学的若干关 键问题//第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集. 成都, 2004: 10） [2] He M C, Xie H P, Peng S P, et al. Study on rock mechanics in deep mining engineering. Chin J Rock Mech Eng, 2005, 24（16）: 2803 （何满潮, 谢和平, 彭苏萍, 等. 深部开采岩体力学研究. 岩石力 学与工程学报, 2005, 24（16）：2803） [3] Xie H P. Research framework and anticipated results of deep rock mechanics and mining theory. Adv Eng Sci, 2017, 49（2）: 1 （谢和平. “深部岩体力学与开采理论”研究构想与预期成果展 望. 工程科学与技术, 2017, 49（2）：1） [4] Cai M F, Brown E T. Challenges in the mining and utilization of deep mineral resources. Engineering, 2017, 3（4）: 432 [5] Feng X T, Liu J P, Chen B R, et al. Monitoring, warning, and control of rockburst in deep metal mines. Engineering, 2017, 3（4）: 538 [6] Cai M F, Ji D, Guo Q F. Study of rockburst prediction based on insitu stress measurement and theory of energy accumulation caused by mining disturbance. Chin J Rock Mech Eng, 2013, 32（10）: 1973 （蔡美峰, 冀东, 郭奇峰. 基于地应力现场实测与开采扰动能量 积 聚 理 论 的 岩 爆 预 测 研 究 . 岩 石 力 学 与 工 程 学 报 , 2013, 32（10）：1973） [7] Jiang Y D, Zhao Y X. State of the art: investigation on mechanism, forecast and control of coal bumps in China. Chin J Rock Mech Eng, 2015, 34（11）: 2188 （姜耀东, 赵毅鑫. 我国煤矿冲击地压的研究现状:机制、预警与 控制. 岩石力学与工程学报, 2015, 34（11）：2188） [8] Xie H P. Research review of the state key research development program of China: deep rock mechanics and mining theory. J China Coal Soc, 2019, 44（5）: 1283 （谢和平. 深部岩体力学与开采理论研究进展. 煤炭学报, 2019, 44（5）：1283） [9] Zhu W C, Wei C H, Tian J, et al. Coupled thermal-hydraulicmechanical model during rock damage and its preliminary application. Rock Soil Mech, 2009, 30（12）: 3851 （朱万成, 魏晨慧, 田军, 等. 岩石损伤过程中的热‒流‒力耦合模 型及其应用初探. 岩土力学, 2009, 30（12）：3851） [10] [11] Zhou H W, Xie H P, Zuo J P. Developments in researches on −500 −700 −900 −1100 −1300 −1500 −1700 0 30 10 20 Pressure/MPa Depth/m 40 50 60 Maximum horizontal principal stress Geostatic pressure Minimum horizontal principal stress Hydrostatic pressure 图 11 纱岭金矿主井主应力及孔隙水压力值随深度变化图 Fig.11 Variations of principal stress and pore pressure with depth in the main shaft of Shaling gold mine 刘力源等： 高渗透压和不对称围压作用下深竖井围岩损伤破裂机理 · 721 ·