岩体力学在矿业工程中的应用。
这是紧接上学期专业前沿技术讲座后的又一次授课，**教授为我们讲解了岩体力学在矿业工程中的应用。
首先，从岩体的概念讲起，岩体通常是与指人类生活相关的地壳部分。地壳岩石组成：玄武岩基底之上的花岗岩类岩浆岩、沉积岩和变质岩。
岩体复杂的结构和状态是由于内营力、外营力共同作用下的结果。
受地壳赋存应力及多次地质构造运动影响，地壳内应力变化复杂，破坏岩体的完整性和连续性，产生许多裂隙、节理和断层。对沉积岩与沉积岩变质的变质岩，还有层理和层面。
岩体是由许多这样的结构面和被其切割的最小岩块（岩石）组成的岩体结构。最小岩块也是具有一定结构的集合体，岩石单元。
岩体力学的性质就是岩体结构的力学性质的综合反映。
岩石力学是以地质学为基础，运用力学和物理学的原理，研究岩石在外力作用下的物理力学性状的理论和应用的一门科学。在于充分认识岩石的固有特性，从而更好（经济和安全）地利用它、改造它，为人类的工程实践服务，同时籍以解释和解决国民经济建设中岩石工程提出的实际问题。
美国地质协会岩石力学委员会认为：岩石力学是关于岩石的力学性态理论和应用的科学；它与岩石性态对物理环境的力场反应有关的力学分支。
岩石力学作为一门独立的学科已经有50多年的历史了。在2023年6月成立的地质力学研究组，明确主张，研究岩石力学与工程问题要用地质力学的观点。
主要观点有：岩石是由各种造岩矿物的晶体或非晶体颗粒组成的集合体；岩体是固相和液相的多相介质，是具有不连续性和各向异性的节理岩体。岩体力学的性质受节理控制；天然岩体中赋存地应力，由于多次地质作用和超载的结果，现有的岩体强度是残余强度，岩体的强度远低于岩块的强度并取决于节理的空间方位，而变形则大于岩块。
确定岩体的承载能力，应了解岩体的受力方向、应力条件及岩体的内部结构。同时要考虑水对岩体强度和变形影响的重要性；岩石力学是运用地质力学的方法研究节理岩体在工程建设中的力学性状。岩体的技术性质取决于其内部的分离系统；岩石力学**与工程实践。
理论必须得到实践的检验；解决工程问题必须从工程结构与地质岩体共同构成的一个物理体系的整体性观点出发，深入现场，加强合作。
上世纪70年代，计算机技术和伺服刚性试验机的问世，给岩石力学的发展增添了新的活力。具体反映在反应岩石破坏过程的真实应力应变曲线；岩石破坏后具有一定的残余强度；加载速率影响岩石破坏性状；各种数值分析方法——有限元、离散元、边界元等方法的出现等。
上世纪80年代以来，岩石力学进入了快速发展及应用的阶段——岩石力学进入了成熟发展期。大量岩土工程、水电工程、城市建设等工程的发展，对岩石力学的发展提出了新的要求，极大的促进了岩石力学的发展。如：
葛洲坝、三峡等大型水利、水电站等的建设要求，促进了我国开展大型岩体原位直剪试验及大型岩体力学分析方法的发展； 青藏铁路等兴建，促使对高寒地区岩石力学的重视和研究； 深部开采的要求，对深部岩体的高压问题(岩爆)、高温问题的研究和**等。
在岩土工程的发展过程中，经历了连续介质理论和非连续介质力学两个阶段。
非连续介质力学理论强调：节理、裂隙、断裂面等的力学作用，提出不连续、不均匀、各向异性是岩体的重要特征，注意到尺寸效应等现象。
当前工程界及学术界在以下几个方面开展了大量的工作：1、研究不连续介质力学的分析理论和方法；2、研究结构力学的方法和理论在岩体力学研究中的应用；3、研究运用岩体变形观测、反分析与岩体改造措施相结合的适用岩体力学问题；4、研究岩体力学宏观特性及复杂影响因素的分析理论和方法等。
波兰学者李特维尼申于2023年首先建立了岩石介质力学。我国学者刘宝琛院士多年从事“三下”开采的理论和实践，把随机介质理论和方法发展应用于岩土工程，取得了令人瞩目的成就。
随机介质理论假设：岩体大范围水平成层，水平方向各向同性；覆岩在移动过程中体积不变；地表移动呈现正态函数分布；岩体下沉由自重应力占主导。
该理论在近地表水平岩层开采中，能较好的预计在自重应力作用下的水平（或倾斜）开采时地表的变形规律。
地应力状态、岩体结构面产状等有关采矿基础信息的获取是进行金属矿山采矿设计优化的前提条件，应力、位移等多手段现场监测则是实现金属矿山采矿设计优化的保证。
岩石力学有关测试技术及其计算、分析方法内容十分丰富。作为光测弹性力学的一种应力分析手段的光弹性应力计（简称光应力计）是监测矿岩体应力变化的一种简便实用的方法，它是一种测量应力的刚性包体应力计，该方法由提出，后经平松良雄、bsrron、roberts及dhir等人的努力，使其在理论和实践上得到进一步发展。实际应用中，光弹应力计可作为围岩应力的一种转换器，能显示出明显的应力条纹（等差线图），用光弹仪进行观测。
与其他应力电测方法相比，光应力具有**便宜、观测方便等优点，且不受井下恶劣环境条件影响，能够进行长期稳定观测的突出优越性。实践表明：除弹性模量很低的粉矿和类似的土体外，绝大部分矿岩体均可以采用光应力计进行应力变化监测，可以广泛埋设在巷道、矿柱、矿壁及采场内，对矿岩体稳定性进行长期监测，因而在金属矿山岩体应力变化监测中得到了较广泛的应用，例如广西大厂长坡锡矿、云南大姚铜矿等。
声波测试技术是今年来发展非常迅速的一项新技术。声波测试的基本原理是用人工的方法在岩土介质和结构中激发一定频率的弹性波，这种弹性波以各种波形在材料和结构内部传播并由接受仪器接收，通过分析研究接收和记录下来的波动信号，来确定岩土介质和结构的力学特性，了解它们的内部缺陷。由于声波测试与其他材料试验方法相比有轻便、灵活、可以大范围测试等一系列优点，因而在水利、矿业、交通、铁道等地下工程中得到广泛的应用。
在弹性介质内某一点，由于某种原因而引起初始扰动或振动时，这一扰动或振动将以波的形式在弹性介质内传播，形成弹性波。声波是弹性波的一种，若视岩土和混凝土介质为弹性体，则声波在岩体和混凝土介质中的传播服从弹性波传播规律。
岩体中往往包含有各种层面、节理和裂隙等结构面，岩体中的这些结构面在动荷载作用下产生变形，对岩体中的波动过程产生了一系列的影响。这样，岩体界面起着消耗能量和改变波的传播途径的作用，并导致岩体波动的非均质性和各向异性。因此，岩体结构影响着岩体中弹性波的传播过程，也就是说岩体弹性波的波动特性反映了岩体的结构特征，所以，弹性波探测技术已成为工程岩体研究中一项有效而简便可靠的手段。
矿山地压测试手段较多，但每种手段均有不足之处。因此，在进行地压监测时，应综合运用各种分析方法，对矿山地压进行监测，测点布置充分考虑该矿各种岩石的性质，能够及时全面的反映出地压活动规律。利用已有的工程经验进行定量和定性分析，只有将科学方法与工程经验相结合，才能更好的改进、完善上述方法，使之更好的应用于工程实践中，对今后矿山地压灾害起到预防作用，防治结合，能确保安全、经济、高效地开采地下矿产资源。
我国金属矿山地压控制技术在以下几个方面仍需继续发展：
1) 深化对原岩应力场、岩体工程地质、矿山结构、开采方法与工艺、支护与安全措施等矿山地压主控因素的研究，尤其是它们之间的耦合、交互、关联作用。
2) 同类矿床的地质工程力学特征研究以及按开采分类的地压信息反馈，研究交叉边缘问题的矿山岩体力学特点，决定机理研究方式、分析方法与途径、规律与控制技术方向，建立地压控制专家系统。
3) 完善综合监测体系与实现预警信息化。建立健全以主动监测为主，辅以被动监测的综合体系，发展相应的地压监测技术与方法，提高数据处理能力与分析技术，更准确的找出地压活动规律。
4) 利用先进的数值分析方法研究地压控制。在研究金属矿山地压控制时，绝不能忽略了边界条件、原始资料的合理与准确，否则研究意义就不大或者说没有意义。
岩石力学研究领域几种流行的数值模拟方法有：有限元、边界元、离散元、有限差分、流行元等。
主要研究内容：
现场调查：岩体结构、岩性、地下水、矿房回采、矿柱回采过程中的地压显现规律调查以及局部冒落的调查和分析、采矿方法的存在问题调查及分析等工作。
上部采空区形成后的地压活动规律分析，对历史资料、测试资料等进行分析和总结。
现场取样及室内岩石力学性质试验及测试：在现场调查的基础上，对不同的主要影响岩体进行补充取样和进行室内力学分析及试验，为后续采矿方法参数优化、确定及地压活动规律研究奠定基础。
下部资源开采后新的地压显现规律的研究和分析工作。
下部开采技术的论证研究，结合空区的稳定性，开展可能的空区处置措施及下部的开采技术方案等研究工作。
选择具有可实施性的措施，开展空区地压监控及预报方法的分析论证研究工作。
⑺地压监测：结合采矿工艺和地压分布的特点，对开采中的地压显现进行现场监测和控制。
岩体在恒定荷载作用下变形随时间而增大的现象称为蠕变，蠕变是由岩体结构重新调整引起的。蠕变现象广泛存在于各类岩体工程中。一般认为，岩土体的蠕变损伤主要表现为变形损伤与时间损伤效应的耦合。
所谓变形损伤是指岩土体因变形而产生的损伤，时间损伤是指岩土体随时间的发展而不断产生的损伤。对于岩土介质而言，当应力水平低于屈服极限时，其蠕变变形量较小，主要表现为时间损伤效应；当应力水平高于屈服极限，蠕变变形发展到加速蠕变阶段以后，其蠕变变形量迅速增长，此时主要表现为变形损伤效应。蠕变效应对岩体工程的稳定性有很大的影响，大面积采空区失稳同样与空区围岩的时间损伤蠕变效应有关。
从大采空区失稳过程的阶段划分入手，分析空区围岩失稳的蠕变损伤特性。
通过对空区冒落危害进行**表明：
零星冒落时(椭球体长×宽×高=1.8×1.5×1m)，离开冒落块边缘2m处，冒落气浪速度即可减小到10.76m/s以下，此时已小于安全规程规定值(u=12m/s)；
批量冒落时（50×30m计算），由于冲击气浪的速度较大，离开冒落点边缘480m处，冲击气浪的速度才降低到人体可以抵抗的速度。
因此在作业过程中，要加强顶板观察、**、预报等工作，一发现可能的冒落点，应保证在冒落时人员离开足够的距离。
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