岩石力学参数模型：基于动静组合加载力学试验的深部开采岩石力学研究进展与展望
岩石力学参数模型：基于动静组合加载力学试验的深部开采岩石力学研究进展与展望作者简介(4)系统总结了真三轴动静组合加载岩石力学试验机的共同特点，并提出了未来研究的4个重点发展方向：①发展能实现“三维高静应力 卸载 冲击扰动”功能的真三轴SHPB动静组合加载试验机。②发展大尺寸岩石内部卸荷真三轴试验机。③基于三维动静组合加载岩石力学试验聚焦深部围岩发生岩爆灾害的能量机理。④开展深部原位保真取芯的三维动静组合加载岩石力学试验。(1)深部围岩开采前处于高静应力状态，开采(开挖)过程中不可避免承受机械或爆破开挖带来的开采扰动、卸载扰动以及应力调整扰动作用，属于典型的动静组合受力状态。用动静组合加载力学研究深部开采岩石力学问题更加符合深部围岩开采实际情况和受力路径。(2)从深部围岩开采受力全过程出发，介绍了“岩石动静组合力学”概念和试验研究的提出过程，阐述了岩石动静组合力学试验研究从一维状态到二维状态再到三维状态的发展历程，并重点介绍了真三轴动静组合加载岩石力学试验系统的研
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经过近20a持续深入的研究 “动静组合加载力学”在深部岩石力学领域已经得到广大专家认可 并拓展应用于十多个领域。同时 在近20a中 动静组合岩石力学试验研究从概念提出到现在 经历了从一维到三维、从单纯加载到考虑加卸载、从低加载率到高加载率、从试验研究到理论研究、从研究岩石材料到考虑结构空间效应的发展历程 并逐渐聚焦于真三轴动静组合岩石力学试验研究。
为此，李夕兵教授在《煤炭学报》2021年第3期撰文“基于动静组合加载力学试验的深部开采岩石力学研究进展与展望”，并以此为题在“深部岩体力学与开采理论”专题发布会对相关成果进行了详解。
创新点
(1)深部围岩开采前处于高静应力状态，开采(开挖)过程中不可避免承受机械或爆破开挖带来的开采扰动、卸载扰动以及应力调整扰动作用，属于典型的动静组合受力状态。用动静组合加载力学研究深部开采岩石力学问题更加符合深部围岩开采实际情况和受力路径。
(2)从深部围岩开采受力全过程出发，介绍了“岩石动静组合力学”概念和试验研究的提出过程，阐述了岩石动静组合力学试验研究从一维状态到二维状态再到三维状态的发展历程，并重点介绍了真三轴动静组合加载岩石力学试验系统的研制情况和取得的研究进展。
(3)根据对深部开采岩石力学科学认识的不断深入，结合动静组合加载岩石力学试验相关研究结果，揭示了深部岩石在各种动静组合受力状态下的力学响应、破坏特征以及能量规律，科学再现并解释了岩爆、板裂及冲击地压等非常规岩石破坏现象和机理。
(4)系统总结了真三轴动静组合加载岩石力学试验机的共同特点，并提出了未来研究的4个重点发展方向：①发展能实现“三维高静应力 卸载 冲击扰动”功能的真三轴SHPB动静组合加载试验机。②发展大尺寸岩石内部卸荷真三轴试验机。③基于三维动静组合加载岩石力学试验聚焦深部围岩发生岩爆灾害的能量机理。④开展深部原位保真取芯的三维动静组合加载岩石力学试验。
作者简介
李夕兵，教授，岩石动力学与采矿工程专家，湖南宁乡人，博士，教授、博士生导师，国家杰出青年基金获得者（1996），教育部长江学者特聘教授（2000），全国十佳优秀科技工作者提名奖获得者，中国岩石力学与工程学会副理事长、国际岩石力学学会（ISRM）国家小组副主席。一直从事采矿与岩土工程领域教学科研工作，主持国家自然科学基金重点项目、重大项目课题、杰出青年基金项目、面上项目、国家重点研发计划项目课题、国家973项目课题、863计划等国家级项目十余项，在隐患资源开采、无废害开采、海底基岩开采和深部硬岩开采理论与技术上取得了重要成果，先后获国家科技进步奖4项，省部级及行业科学技术一等以上奖励13项，授权国家发明专利40多项，出版专著8部，发表被SCI收录论文120多篇，EI收录论文300多篇。培养博士60多名，其中1人获全国优秀博士论文提名，4人获湖南省优秀博士学位论文。入选美国斯坦福大学发布的全球前2%顶尖科学家（World’s Top 2% Scientists 2020）“终身科学影响力”（Career-longimpact）和“年度影响力”（Single year impact）榜单。
研究方向
深部岩石力学与硬岩开采
主要成果
（1）构建了岩石冲击动力学理论与实验方法，丰富了硬岩开采的理论体系。提出的复杂加载下岩石脆断理论与实验方法，和针对深部开采受力特征的岩石动静组合加载理论与方法，分获湖南省自然科学一等奖。半正弦波加载方法成为国际岩石力学学会动力测试建议方法，《岩石冲击动力学》获中国图书奖。
（2）创新了硬岩有效致裂与动力失稳控制技术，推动了硬岩矿山采矿工艺技术的变革。突破了震源定位需预先测速的传统模式，提出了矿山微震震源定位新方法；揭示了深部岩体非常规破裂机理，提出了高应力岩体诱导致裂方法；开发了金属矿山中深孔孔底起爆工艺技术和地下矿山大爆破自适应减震技术。《金属矿山开采矿岩致裂与岩层控制技术》获国家科技进步二等奖。
（3）开发了硬岩矿山三种开采新模式，实现了复杂环境资源的安全高效回收。提出了临界隔离层深孔崩矿露天不间断采矿技术，在我国最大钼矿基地洛钼集团，实现了大范围多层位空区环境下露天矿千万吨级规模化安全回采，为金属矿山地下转露天规模化安全开采提供了技术范例；发明了全磷废料自胶凝充填采矿技术，在我国最大磷化工基地开磷集团，建立了世界首例超细全磷渣充填系统，为化工无废害开采提供了技术支撑；研发了海底岩层微扰低沉降强化开采方法与配套技术，为我国海底大型金属矿山的建成和安全高效运行提供了技术保障。分获三项国家科技进步二等奖。
摘 要
深部围岩开采前处于高静应力状态 开采(开挖) 过程中不可避免承受机械或爆破开挖带来的开采扰动、卸载扰动以及应力调整扰动作用 属于典型的动静组合受力状态。用动静组合加载力学研究深部开采岩石力学问题更加符合深部围岩开采的实际情况。
从深部围岩开采受力全过程出发 介绍了“岩石动静组合力学” 概念和试验研究的提出过程 阐述了岩石动静组合力学试验研究从一维状态到二维状态再到三维状态的发展历程 并重点介绍了真三轴动静组合加载岩石力学试验系统的研制情况和取得的研究进展。
根据对深部开采岩石力学科学认识的不断深入 结合动静组合加载岩石力学试验相关研究结果 揭示了深部岩石在各种动静组合受力状态下的力学响应、破坏特征以及能量规律 科学再现并解释了岩爆、板裂及冲击地压等非常规岩石破坏现象和机理。
在此基础上 系统总结了真三轴动静组合加载岩石力学试验机的共同特点 并提出了未来研究的4个重点发展方向:①发展能实现“三维高静应力 卸载 冲击扰动” 功能的真三轴SHPB动静组合加载试验机;②发展大尺寸岩石内部卸荷真三轴试验机;③ 基于三维动静组合加载岩石力学试验聚焦深部围岩发生岩爆灾害的能量机理;④开展深部原位保真取芯的三维动静组合加载岩石力学试验。
部分图片
深部开采围岩受力示意[20]
切削-冲击多功能实验台[44]
一维动静组合加载试验示意[18]
基于SHPB装置的一维动静组合加载试验系统示意[40 54]
一维动静组合加载试验机中的轴压装置[20]
二维动静组合加载试验示意[68]
二维动静组合加载试验机[68]
岩石双向静载冲击加载试验系统[70]
三轴霍普金森杆试验系统[71]
东南大学双杆式霍普金森杆试验系统
基于SHPB装置的三维动静组合加载试验系统示意[73]
三维动静组合加载试验系统中的围压装置[20]
深部岩爆过程模拟实验系统[86]
真三轴扰动诱变实验系统实物[88]
卸载速率40MPa/s下花岗岩试样的整体破坏[94]
现场围岩典型V形槽及模拟试验
马路坪矿640中段试验采场情况[107]
悬臂式掘进机连续切割矿柱[107]
冲击岩爆试验系统[108]
真三轴岩爆试验系统[109]
Lavender 508真三轴试验系统[112]
真三轴扰动卸荷岩石测试系统[114-115]
多功能真三轴流固耦合试验系统[116]
预静载条件下岩石内部钻孔卸荷试验装置[120]
来源：
李夕兵 宫凤强. 基于动静组合加载力学试验的深部开采岩石力学研究进展与展望[J]. 煤炭学报 2021 46(3):846-866.
LI Xibing GONG Fengqiang. Research progress and prospect of deep mining rock mechanics based on coupled static-dynamic loading testing[J]. Journal of China Coal Society 2021 46(3):846-866.
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