岩爆的剪切滑移机理分析

在讨论地下围岩应力分布的基础上,用滑移线场理论和Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ准则研究了地下洞室围岩进入塑性破坏状态的特征,推导了岩块沿滑移线滑落的条件,得到了岩爆发生时地应力的计算公式．对天生桥引水隧洞的岩爆实例进行了分析和计算,得到了较满意的结果．     

地下洞室全长粘结式锚杆受力分析方法

以地下洞室全长粘结式锚杆为研究对象,分析了锚杆与围岩荷载传递机制,导出了相应的荷载传递基本微分方程.结合围岩自由变形,采用有限差分法求解方程,进而得到锚固体轴力和界面剪应力沿杆长分布.采用二折线剪切滑移模型描述锚固体界面力学特性,考虑锚固体滑移,将界面的超余剪应力转化为模型节点荷载,通过不断更新围岩位移以修正锚固体内力.基于此锚杆算法,模拟了拉拔试验,结果表明该方法合理、可行.通过对某引水隧洞特征锚杆的受力分析,计算了围岩弹模、界面剪切刚度、砂浆厚度、锚杆直径和锚杆长度对锚固体受力的影响,计算结果可为地下洞室锚杆布置优化提供理论依据.     

岩爆应力状态浅析

分析地下洞室围岩的应力状态，研究了岩爆的极限深度问题，分析了应力路径的影响，结果表明，岩爆的极限深度随水平地应力与垂直地应力比值的增大而减少，并且岩爆的发生具有一定的滞后性。     

基于EFAST法的地下洞室静动力稳定参数全局敏感性分析

进行地下洞室静动力稳定参数敏感性的研究,可为地下洞室结构喷锚支护设计提供科学决策依据.本文采用基于全局敏感性分析的EFAST法对地下洞室在静力边界下围岩的应力、变形的参数敏感性进行了分析,并对有限元法与离散元法计算得到的敏感性结果作了对比分析.采用有限元法与块体理论,对块体的稳定性进行了分析,并采用EFAST法研究了块体受围岩岩体参数影响的动力敏感性.结果表明,在静力边界下弹性模量对围岩变形影响的敏感性最大、内摩擦角对洞室最大主应力影响的敏感性最大;对影响块体滑移的岩体参数的动力敏感性分析结果表明,得到的总体全局敏感性较大、一阶全局敏感性较小,表明块体滑移受单一岩体参数变化的影响程度较小,受多种岩体参数的联合作用的影响程度较大.     

锦屏二级水电站施工排水洞岩爆机理及特征分析

利用FLAC3D软件模拟锦屏二级水电站施工排水洞典型洞室断面围岩开挖应力调整过程,通过关键点应力监测分析洞壁不同深度围岩应力变化过程特征及岩爆潜在动力源分布情况,同时,据自洞壁围岩应力释放率分析研究岩爆滞后性特征。研究结果表明:洞壁浅表层围岩最大、最小主应力皆为降低过程,发生应力降低型屈服却不易积聚弹性应变能;距洞壁一定距离处围岩发生塑性屈服并积聚较高弹性应变能,形成岩爆潜在动力源,随围岩屈服过程不同程度地释放能量,对浅表层屈服围岩的稳定产生影响进而发生岩爆灾害;深部弹性区围岩亦聚集较高的应变能,会进一步加剧岩爆的等级及破坏性;围岩应力释放率较低时不会发生岩爆灾害,应力释放率逐渐变大,围岩弹性应变能及塑性应变能分布特征逐渐变化,释放率达到70%～80%时围岩将发生岩爆灾害。     

扰动作用下矿柱滑移失稳的理论分析

动力扰动作用下,处于高静载状态的岩石极易沿已有裂缝产生滑移,造成滑移型岩爆等动力灾害。通过能量分析和变分原理对动力扰动诱发高应力矿柱断裂滑移失稳（滑移型岩爆）的力学机理进行分析,得出了动力扰动条件下矿柱失稳的充要条件。通过开展动静组合荷载作用下的矿柱滑移失稳试验,验证了理论分析的正确性。研究表明：矿柱的动力滑移失稳只会发生在峰后阶段,对于处在峰前稳定平衡状态的矿柱,若要发生动力滑移失稳,需要爆破振动、巷道断裂等人工或者自然活动所产生的动力扰动达到一定量值,同时还需满足加载刚度k1小于峰后的滑移刚度k2。因此,对矿柱断裂滑移型岩爆量级的预测则须准确地确定过剪应力的量值。     

基于FFT的巷道岩爆红外温度场频域特征实验研究

开展室内花岗岩巷道岩爆模拟实验,利用红外热像技术监测岩爆演化过程中巷道围岩红外辐射温度场变化过程;采用二维数字信号处理方法,对红外辐射温度场矩阵进行快速傅里叶变换,得到红外辐射温度场的二维频谱信号,通过计算红外辐射温度场二维频谱信号,定量描述岩爆过程红外温度场频谱演化特征,得到描述红外温度场频域演化特征的定量指标——红外温度场频域特征系数T。结果表明:特征系数T能够定量描述岩爆过程巷道围岩红外辐射温度场变化特征,在岩爆演化的各个时期呈现出明显的阶段性特征;岩爆平静期,T值在反复波动中小幅度增大;颗粒弹射期,T值小幅度减小;片状剥离和全面岩爆阶段,T值急速增大;岩爆发生前,T值普遍急速增大,并开始出现大于或等于0.2的值,故可将T大于或等于0.2作为岩爆即将发生的前兆信息。     

深埋公路隧道高地应力场特征分析及岩爆预测

深埋隧道岩体中有较高地应力,在岩石强度较高的围岩处易发生岩爆,影响围岩稳定性。笔架山公路隧道埋深大,为降低其安全建设风险,本文通过工程区岩样岩体力学实验对围岩性质进行研究,结合地应力资料建立三维有限元地质模型反演隧址区地应力场,最终利用谷-陶岩爆判据和强度应力比岩爆判据对笔架山隧道岩爆状态进行预测。结果表明：隧道工程区内岩体有中等-强烈岩爆倾向;隧道沿线地应力场由自重应力场主导,大多数区段岩体处于极高应力状态,且水平最大主应力与隧道夹角较小,有利于围岩稳定;开挖后沿线围岩最大主应力峰值为63.2MPa,均发生在断面侧壁,因此在该部位发生岩爆的可能性较大;隧道沿线24%区段有发生岩爆的可能,且以中等-高岩爆活动为主,岩爆预测结果可为隧道开挖施工和灾害防治提供参考。     

基于岩爆灾害的围岩变形量时间分形分析

根据岩爆孕育及发生过程中围岩变形量的自相似特征,提出了一种时间分形计算方法.基于该方法,针对某水电站深埋引水隧洞施工过程中大量不同等级即时型的岩爆典型案例,进行岩爆过程围岩变形量的时间分形研究,结果表明:深部岩体隧洞岩爆过程中围岩变形量在时间上具有分形结构,并且表现出很好的自相似特征;依据围岩变形量时间分形维数可以对即时性岩爆进行等级划分,强烈岩爆分形维数均大于1.8,中等岩爆分形维数在1.5~1.8内,轻微岩爆分形维数小于1.5;在岩爆孕育及发生过程中,每一日的变形量时间分形维数随着岩爆孕育过程不断增加,当岩爆发生时达到最大值.上述研究结果可以为高地应力条件下深埋硬岩隧洞施工过程中岩爆灾害的预测与防治提供合理的科学依据.     

圆形洞室岩爆成因分析及其地质灾害研究

在详细分析岩爆形成机制和传统经验判据的基础上，对岩爆产生条件及其产生部位作了预测，并提出了岩爆预防对策：设计阶段应对洞轴线进行选择、对洞室断面进行优化；施工阶段应进行超前应力解除、围岩软化，以及采用合理的开挖方式；合理选择围岩加固措施。     

矿井岩爆数值模拟及应力状态分析

为了得出岩爆与应力分布状态之间的关系,为制定合理的岩爆预防及治理措施提供依据,采用数值模拟的方法,研究了岩爆巷道的围岩应力状态。结果表明:非均匀薄壁应力现象的存在,是掘进工作面岩爆频发的重要原因;对于硬脆性的围岩体,在受到扰动时,由于巷道围岩体内的应力集中峰值距离巷道表面距离较近,应力集中峰值就可能超过岩体破坏的极限强度,从而使岩石突然破坏,发生岩爆现象。该成果对岩爆的预防具有一定的参考价值和指导意义。     

引汉济渭工程秦岭隧洞岩爆数值模拟与岩爆预测研究

以引汉济渭秦岭隧洞工程为研究对象,针对工程埋深大、地应力高和地质条件复杂的特点,进行高地应力条件下超长深埋隧洞岩爆的数值模拟预测研究。基于隧洞围岩工程力学性质和原始地应力反演数据,通过数值模拟技术,运用离散元法软件(3DEC),对研究区域的五个代表性埋深段进行隧洞开挖数值模拟,分析开挖后围岩的二次应力、位移变化和破坏情况。选择五种不同的岩爆判据对围岩岩爆等级进行预测,并将综合评判结果与实际岩爆发生情况对比。研究表明,基于离散元计算预测岩爆的方法是可行的,预测岩爆等级与实际岩爆发生情况基本吻合。     

裂纹线场分析法在岩爆防治中的应用研究

为探究和预防岩爆,以断裂力学为基础,采用裂纹线场分析方法,以非小范围屈服理论为近似假定,求解出岩石Ⅲ型裂纹线附近的弹性和塑性应力场,并重新确定了二者在裂纹线附近的边界。依据该理论解,结合岩爆的发生特点,提出以增大裂纹长度和降低剪切屈服极限为岩爆防治的基本理论。以上两种防治理论在锦屏水电枢纽工程西端辅助洞岩爆防治中得到了有效验证。防治措施中使用的超前地应力驱除爆破法和喷、注水法表明了两种防治理论的合理性。     

地下工程中岩爆灾害的成因及防治措施

岩爆是地下工程掘进过程中所遇到一种动力地质灾害，其危害较大。根据当前国内外大量岩爆的统计资料，结合在二郎山隧道知锦屏二级水电站勘探洞所遇到的岩爆现象，提出了岩爆是由构造、浅表生改造、围岩的岩体强度、岩层产状、围岩应力状态、变形特性、地下工程布置等多种影响因素综合作用的结果。就岩爆的力学机制问题，认为岩爆力学机制的实质属于压致拉裂破坏。     

双江口水电站深埋地下隧洞微震活动特征分析

双江口水电站尾调交通洞埋深大,围岩主要由花岗岩组成,地应力高,地应力与岩体强度比值大,开挖卸荷作用下围岩极易发生岩爆现象。本文结合地质资料、开挖形式,对岩爆分布及破坏特征进行了分析。并利用微震监测,采集并分析微震事件特征,揭露了岩爆与微震事件的内在联系,研究结果发现：双江口尾调交通洞微震事件主要聚集于靠山侧,在岩爆发生前24小时突然聚集;高应力围岩在开挖作用下的应力调整是岩爆发生的根本原因。该研究结果可为类似工程中岩爆的监测与预报提供一定的借鉴作用。     

双江口水电站深埋地下隧洞微震活动的特征分析

双江口水电站尾调交通洞埋深大,围岩主要由花岗岩组成,地应力高,地应力与岩体强度比值大,开挖卸荷作用下围岩极易发生岩爆现象。结合地质资料、开挖形式,对岩爆分布及破坏特征进行了分析。并利用微震监测,采集微震事件频次并分析微震事件特征,揭露了岩爆与微震事件的内在联系。研究结果发现:双江口尾调交通洞微震事件主要聚集于靠山侧,在岩爆发生前24 h突然聚集;高应力围岩在开挖作用下的应力调整是岩爆发生的根本原因。该研究结果可为类似工程中岩爆的监测与预报提供一定的借鉴作用。     

基于变形场演化的洞室岩爆特征实验研究

为了研究洞室岩爆特征问题,在洞室围岩变形场演化特征实验研究基础上对洞室岩爆的力学机制进行解释.采用双轴加载方式,对一种含有洞室的砂岩岩板进行压缩实验,通过白光数字散斑相关方法作为实验监测手段,对洞室变形破坏过程中的位移场和应变场演化进行实时监测,根据实验结果对洞室岩爆特征进行分析.研究结果表明:洞室岩爆过程经历了洞室围岩的局部破坏和结构整体失稳破坏两个阶段,从洞室岩爆力学机制可以得出,洞室岩爆是由拉伸和剪切两种作用机制共同作用的结果.     

引红济石调水隧洞工程断层处理浅析

陕西省引虹济石工程隧洞洞线穿过的地层岩性复杂,断层集中交汇,可能存在断层涌水、裂隙渗水、轻微岩爆、围岩稳定性较差等问题。针对施工中遇到的地质断层问题做出技术方案总结和分析,为工程的顺利开展和同类工程施工提供了技术参考。     

岩爆隧道岩体质量评价的BQ法优化

探讨优化工程岩体分级标准BQ方法,使其更好地应用于岩爆隧道中。(1)综合RSR法、RMR法和HC法对结构面产状、洞轴线方向和掘进方向对围岩稳定性影响的考虑,对主要软弱结构面产状影响修正系数(K_2)进行了优化。当结构面走向与洞轴线垂直并且结构面陡倾,倾向与掘进方向同向时,围岩稳定性最好,K_2取小值;当结构面走向与洞轴线平行时,围岩稳定性最差,K_2取大值。(2)结合岩爆烈度分级体系,针对硬岩高地应力隧道,对初始应力状态影响修正系数(K_3)进行了优化。轻微岩爆对围岩基本质量指标BQ值较高的围岩影响较小,K_3取小值;岩爆级别越高,对围岩的稳定越不利,K_3取大值。对四川泥巴山隧道的部分掌子面围岩应用优化后的BQ方法重新计算[BQ]值并确定级别,分级结果与实际情况更吻合,能更好地用于确定围岩支护措施。     

锦屏二级水电站长隧洞的岩爆分析与防治

岩爆是地下洞室施工过程中经常遇到的地质灾害之一,通过锦屏二级水电站探洞内出现的岩爆现象和发生岩爆的地质条件分析研究,采用弹性理论和点荷载强度等方法预测长隧洞的地应力及岩爆,并提出了防治措施.