岩爆形成机理研究

岩爆是高地应力区地下工程洞室开挖施工中常见的一类动力失稳地质灾害现象。作者根据川藏公路二郎山隧道和雅砻江锦屏二级水电站引水隧洞勘探中的岩爆实例调研,详细地描述了岩爆破坏的几何形态特征,并通过岩爆岩石断口扫描电镜分析和岩爆岩石力学测试等研究,总结出岩爆形成的力学机制主要有压致拉裂、压致剪切拉裂、弯曲鼓折（溃屈）等3种基本类型。     

岩石脆性破裂断口的分形特征

系统总结了岩石脆性破裂断口分维的计算方法及其局限性，指出岩石脆性破裂断口的分形研究应在宏观和微观层次上进行，同时应注意考察断口分维参数的物理意义，断口结构特征是岩石动态破坏过程的静态反映，蕴含着岩石断裂机制的各种信息，分维可作为断口定量描述的参数。     

岩石破裂断口微观形貌特征

为研究岩石破裂断口微观形貌特征,采用灰度共生矩阵法,通过对干燥和饱水花岗岩、粉砂岩进行单轴加载实验,结合场发射扫描电镜实验进行研究.结果表明:基于灰度共生矩阵的角二阶矩、对比度、相关度、熵4个特征值能够较好地描述岩石破裂断口的微观形貌特征,这为岩石微结构的定量化研究提供了一条新的思路.通过对4个特征值的分析发现,岩石微观裂纹起裂、发展的方向与岩石的受力方向成一定夹角;水对岩石微裂纹扩展方向无较大影响,但水可以促进微裂纹的扩展;干燥岩石微观断口破裂面大,破裂深度较浅,饱水后破裂面变小,破裂深度增加.研究结果对岩石失稳破坏机制获得更为深入的认识,更好地为岩石灾变基础理论研究服务.     

橡胶板式支座锚栓超低周疲劳断裂分析

为研究螺栓球节点橡胶板式支座中锚栓在灾难地震中受弯剪发生超低周疲劳的断裂问题，依国家现行规规范设计并制作了橡胶板式支座模型，采用双向加载法对其进行了大位移超低周疲劳试验，得到了四根锚栓的超低周疲劳破坏形态。并从宏、微观角度对锚栓断口进行了分析。结果表明：在往复荷载下，锚栓发生无明显塑性变形的较突然性断裂，为超低周破坏形态，其断口存在疲劳源区、扩展区和瞬断区等典型的疲劳断裂特征，且不同位置锚栓的受力方向和裂纹起裂时间、扩展速率均不同；同一锚栓断口上韧性断裂与脆性断裂特征并存，但总体均表现为偏脆性断裂。     

显微组织对近α钛合金BT-20疲劳裂纹扩展的影响

通过显微镜及电子背散射衍射试验对近α钛合金BT-20的篮网、双态和魏氏组织微观结构及晶粒尺寸进行测定,并采用拉伸与疲劳裂纹扩展试验进行力学性能以及裂纹扩展研究,讨论微观组织对裂纹扩展速率、路径和断口形貌的影响.结果表明,双态组织的强度和延伸率最好,魏氏组织最差;双态组织的断口为解理断裂,裂纹碰到大尺寸初生α晶粒时发生穿晶失效,形态呈直线状,从而具有较高的扩展速率;篮网和魏氏组织的断口形式为沿相界断裂,裂纹扩展路径在通过α晶粒集束边界时改变方向,路径呈曲线状,扩展速率相对较低,从而具有较好的耐裂纹性能.     

深井硬岩矿山岩爆灾害防治研究

采用室内试验、数值计算和现场岩爆研究相结合的综合研究方法,以冬瓜山矿床开采为对象,对深井矿床开采岩爆防治进行了系统的研究.由矿岩力学试验,采用岩爆综合评判指标确定了矿岩的岩爆倾向性,指出岩爆倾向性具有本源性和诱导性两种属性;电镜试验、物理模型试验和现场岩爆研究发现岩爆主要由张拉断裂引起,具有明显的岩石破坏和工程施工异常性前兆;现场岩爆研究和数值计算表明岩爆危险区位于应力集中、能量贮存大及具有快速释放能力和条件的区域;从岩爆预防角度,采用数值分析方法以能量释放率为衡量指标,对采场结构参数、开采步骤等进行了优化;从减少能量贮存、控制能量释放、采用柔性支护和建立岩爆监测系统4个方面,得出了具体的岩爆防治措施.图3,表2,参11.     

深井硬岩岩爆倾向性评价

岩爆是深井硬岩矿山开采中的主要灾害,岩性是决定岩石能否发生岩爆的内在固有因素,根据岩石室内力学性质试验结果来评价岩爆的倾向性,是一种既有效又经济的方法·对取自凡口铅锌矿深部的矿岩石进行了单轴抗压强度、抗拉强度、全应力-应变曲线、加卸载曲线等试验研究,从岩性角度用脆性系数、应变能储存指标、岩爆能量比、DT法等方法评价了凡口铅锌矿矿石和岩石的岩爆倾向性,结果表明该矿矿石和岩石均具有明显的岩爆倾向性·     

某机电设备主轴断裂断口分析

该文针对某转动设备主轴的断裂问题,通过宏观断口分析、微观断口分析、痕迹分析等手段,发现其宏观断口按特征分为4个区域,呈现皿状特征,呈现韧性、脆性断裂特征,与之对应的微观断口呈现韧窝、解理与准解理等特征。结合痕迹分析最终推断,多次过载和不良表面完整性是导致主轴断裂的主要原因。     

深部开采岩爆预测的神经网络方法

岩爆是深部高地应力岩石地下工程中的一种常见灾害,其影响因素之间存在着极其复杂的非线性关系。在综合分析基础上,选取开采深度、围岩最大切向应力与岩石单轴抗压强度比值、岩石单轴抗压强度和抗拉强度比值、岩石冲击性倾向指数作为岩爆预测的评判指标。应用人工神经网络方法,建立了岩爆预测的计算模型,利用国内外一些深部开采、岩石地下工程资料作为学习样本和测试样本对模型进行训练。该模型成功应用于某矿巷道的岩爆预测,预测结果与实际情况一致,此研究为深部开采岩爆预测提供了新的途径。     

凝汽器钛管断裂性质分析

某电厂凝汽器钛管发生断裂,使用光学显微镜、扫描电子显微镜电镜等手段对断口形貌和微观组织进行观察。经对断裂钛管的检验分析,钛管断口微观上可见明显的疲劳辉纹,表明钛管的断裂性质为疲劳断裂。在断口处的外表面存在较为严重的碰磨痕迹,而钛管本身壁厚较薄,在碰磨处易产生应力集中,导致裂纹萌生。凝汽器运行过程中,在变工况蒸汽冲击振动作用下,裂纹发生疲劳扩展,最终导致断裂失效。     

成兰铁路特长深埋隧道岩爆段应力特征

为了探究高地应力环境下深埋隧道岩爆发生机理,掌握岩爆孕育规律,本文通过现场测试、数值分析及室内实验,对平安特长深埋隧道岩爆段围岩的二次应力场进行了分析,探明了隧道岩爆发生的力学机制,并运用经典应力岩爆判据指标,预测判断出岩爆发生强度及位置。研究表明隧道侧壁处存在较大的压应力,是造成岩爆发生的主要原因；高地应力条件下,由于结构面等不利因素的存在,造成掌子面中部处原岩应力突发释放而引发高烈度的岩爆；在岩爆区段进行应力释放孔的布置,能够有效地释放原岩应力,减少岩爆发生的可能性。相关研究成果能够深化人们对于高地应力环境下岩爆发生机制的认识,为类似工程岩爆的防控及建设提供科学依据。     

冲击地压震源机理研究

为了进一步理解冲击地压发生的机理,解释冲击地压发生的过程,本文在论述了冲击地压发生的刚度理论、能量理论和失稳理论的统一性的基础上,提出了冲击地压的震源机理,认为冲击地压是一个动力学过程,它包括冲击地压震源的形成,冲击地压应力波的形成及传播和在应力波作用下自由面处岩体的破坏及冲出三个子过程,冲击地压发生所需能量由震源提供,而冲击地压的破坏作用是应力波造成的。利用震源机理分析了冲击地压的发生过程,揭示了震源形成的规律,推导出了应力波最大应力峰值的计算公式,给出了应力波传播衰减规律,解释了应力波在自由面处对煤体的破坏作用。     

大凉山地区深埋高地应力公路隧道岩爆机理及防治对策

本文以乐西高速大凉山2号隧道工程为依托，对大凉山地区深埋高地应力公路隧道岩爆机理及防治对策进行研究。从深埋隧道岩爆孕育力学角度出发，结合能量及应力条件，运用有限元分析软件MIDAS-GTS-NX分别建立隧道在不同埋深、进深及断面形状的三维有限元模型，对围岩应力特征进行比较分析。研究结果表明：从力学角度来看，岩爆的孕育过程是由弹性转换为塑性，并发生在塑性岩体中，周围弹性岩体负责为其提供能量，围岩储存的能量和开挖导致的应力集中分别是岩爆发生的根本条件和触发条件；隧道埋深、进深以及断面形状是影响隧道岩爆的重要因素，其中埋深对其影响最为明显，围岩最大主应力与隧道埋深、开挖进深及断面大小呈正相关性；隧道埋深在600 m左右时，围岩最大主应力达到45.90 MPa。根据强度应力比法，结合施工钻孔取芯参数，最终结果表明大凉山隧道属于极高地应力区，具有发生岩爆的风险，施工时应当采取相关防范措施。     

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。     

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。     

梁宝寺矿井掘进巷道构造附近煤层冲击显现机理及防治措施

冲击倾向性是煤岩体发生冲击破坏的固有能力,断层、褶皱、相变等构造诱发冲击地压的机理为构造应力与采动应力叠加,避免应力叠加是防治构造控制型冲击地压的有效途径。本文结合粱宝寺矿井掘进巷道煤层冲击显示特征,分析其形成原因,进而探究冲击地压作用机理,根据现场条件及时采取卸压措施,起到了很好的效果。该课题的研究对冲击危险性评价、冲击地压防治理论研究及现场治理等具有参考意义。     

节理岩体中隧洞围岩的损伤破坏机理

结合细观节理形态的变化,在二轴围压条件下,数值模拟了节理岩体中隧洞围岩损伤破坏过程,研究了节理岩体中隧洞围岩体的破坏机理,分析了岩体中节理倾角对隧洞围岩稳定性的影响规律.结果表明:裂隙的产生和发展延伸主要是拉应力的作用,裂隙延伸方向大致与节理面垂直;节理倾角较小时,岩体中破裂以垂直于节理面的拉裂隙为主;节理倾角较大时,岩体裂隙以沿节理面的滑动裂隙为主;不同倾角的节理面对岩体破坏的脆性也有较大影响;岩体破坏前有大量微裂隙产生,同时伴随着声发射能量的释放,利用微震监测技术抓住这些微破裂前兆信息,能够较好地进行隧洞塌方、冒顶、岩爆等灾害预测,提前做好支护等应对措施,以保障人员、设备安全.     

岩石材料动态断裂韧性的实验研究

为了研究岩石类材料的动态力学性能及动态破坏机理,防止出现岩石爆裂造成灾难性破坏,根据中心裂纹圆盘试件断裂韧性测试方法和分离式霍普金森压杆的基本原理,在SHPB装置上测试了花岗岩的动态断裂韧性。对测试结果按照SHPB基本原理进行处理,以试件两端平均载荷带入准静态公式得到动态断裂韧性。处理结果表明,用试件两端平均载荷获得岩石动态断裂韧性的实验方法有效的;花岗岩的动态断裂韧性具有加载速率相关性,随着加载速率的增加断裂韧性增大。