[科普中国]-应力降低区

隧道开挖后将在隧道的周边形成很高的应力集中,当隧道周边的应力超过围岩的强度极限时会首先在此处产生破坏,围岩就由弹性状态转变为塑性状态,并形成塑性区,进而导致围岩的承载力降低,产生了应力降低区。1

基本概念高应力区域进一步向固岩深处转移,同时伴随的是围岩的进一步破坏,围岩降低区继续向深部扩展。然而,这一状况并不会无限进行下去,在破坏向围岩深部扩展过程中,岩会由双向应力状态转为三向应力状态,第第三主应力绝对值会逐渐增大,最终,当围岩的三个主应力值接近到一定程度后,固岩的承载能力将大于该处的应力值,从而阻止了松动区的发展,围岩也就由塑性状态逐渐转变为弹性状态。应力降低区的范围即为松动区的范围,在松动区以上的土体处于高应力区(也就是处于压力拱内部的土体),其围岩的承载能力大于此处的应力值且处于弹性状态,围岩具备较强的承载能力,认为压力拱处的围岩稳定,而弹性区以外则是应力基本上未产生变化的原岩应力区。1

高应力下软破矿岩体崩落开采地压显现特征地下矿体开采破坏了岩体中原来的应力分布及平衡状态,导致岩体中应力场的重新分布,产生二次应力场,在二次应力场的分布中会形成高应力集中区和应力降低区(又称应力升高区或者降低区一一免压区)。而矿体开采过程是一个对岩体的持续不断的开挖过程,围岩的应力场分布状态也在不断的遭受破坏,不断地产生新的次生应力场,岩体应力场的不断变化将影响到地下开采的安全性。对松软破碎矿岩体,其承载能力低,自稳能力差,流变特性明显,矿岩变形破坏量大,而高应力更易加剧矿岩体的破坏,因此高应力下破碎矿岩体开采中会显现出一系列的地压问题,如采准井巷变形严重且支护及维护难,崩落炮孔变形破坏严重,采区溜井破坏严重,切割槽等开采工程形成困难,采场地压显现剧烈,开采过程安全性差,并将造成大量的矿石损失。2

本词条内容贡献者为:

刘军 - 副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所