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.     

福堂坝隧道岩爆及其防治

福堂坝隧道中段隧道施工通过完整花岗岩,开挖过程中发生了不同程度的岩爆,采用临空面洒水和网喷混凝土封闭措施进行了治理尝试,取得了一定的效果。在总结隧道岩爆段岩爆表现特征的基础上,分析了岩爆形成发生的机理,介绍了采用临空面洒水和网喷混凝土封闭爆坑的岩爆预防治理措施。     

梯度应力作用下模型试件声发射-红外特征及岩爆孕育演化研究

为研究不同梯度应力作用对岩体岩爆特性的影响及岩爆孕育的时空演化规律,借助YB-A型岩爆模拟试验装置对具有岩爆倾向性的模型试件进行梯度应力作用下的加卸载试验,利用高速摄像机、红外热像仪和声发射(AE)等监测手段,捕捉试件在加载作用下的AE变化特征及红外辐射特征,对模型试件加载过程中AE特征参数进行处理并对热像进行图像增强处理与能量演化分析,分析梯度应力作用下模型岩爆孕育过程的时空演化规律。研究结果表明：模型试件受均布加载、低梯度加载与高梯度应力下的岩爆孕育演化特征存在明显差异;模型试件在梯度应力作用下的岩爆孕育过程中呈现出的AE特征、红外辐射时空演化特征与岩爆孕育发生过程具有良好的同步性,且其AE特征与红外辐射特征随应力梯度作用的不同而存在明显的差异;随着模型加载应力梯度的增大,模型加载过程中能量累积段时间增加、耗散阶段时间变短、能量释放率变大,能量积累-耗散-释放各个阶段的差异是模型岩爆烈度随加载应力梯度增强的原因。     

卸载速率对花岗岩应变岩爆破坏及碎屑形貌特征的影响

为研究深部工程开采过程中开挖速率对岩爆破坏特征的影响,首先,利用自主研发的真三轴应变岩爆实验系统,开展不同卸载速率下的花岗岩应变岩爆实验,借助动态高速应力监测系统和双目高速摄影系统监测试样岩爆过程;其次,分析了卸载速率对试样的岩爆破坏峰值强度、岩爆破坏过程、试样破坏形态以及碎屑块度特征的影响;再次,利用三维激光扫描系统建立了中粗粒碎屑的三维数字模型,分析碎屑三维形貌的几何及表面幅度特征参数;最后,基于分形理论和立方体覆盖法,定量研究了不同卸载速率对岩爆碎屑表面形貌的影响。研究结果表明：随着卸载速率提高,试样岩爆时的峰值强度和破坏烈度增大,岩爆碎屑的破碎程度降低,岩爆破坏模式由张拉型破坏过渡到剪切型破坏。在高卸载速率的影响下,试样内部裂纹未充分发育和扩展,容易形成几何形态规则的岩爆碎屑,并且碎屑表面形貌的复杂程度降低。岩爆碎屑表面形貌具有明显的分形特征,卸载速率越大,碎屑表面形貌的分形维数越小。     

大岩湾高速铁路隧道岩爆综合分析预测

针对沪昆高速铁路大岩湾隧道埋深大、岩性脆而坚硬的特点,选取隧道典型断面进行了水压致裂地应力原位测试,获得了实测深度范围内地应力的大小和方向。为对隧道全线进行岩爆预测预警,在地应力测试的基础上,采用弹性应变能指数法、应力强度比法、有限元反演法对隧道岩爆进行分析。最后,以大岩湾隧道地应力条件、岩性特征、围岩结构特征、地下水条件四个方面为基本条件,对隧道岩爆进行了综合分析预测。结果表明:该综合预测方法的准确度较以往单一的岩爆预测方法有了很大提高,对隧道岩爆预测预警有很好的实际指导意义。     

深埋隧道岩爆预测与声发射特征

岩爆是高地应力区地下工程硐室开挖施工中常见的一类动力失稳地质现象。以秦岭终南山特长公路隧道为背景,通过对2#竖井工程施工过程中岩爆进行综合调查与理论分析,采用声发射(acoustic emission,AE)预报技术进行了综合预测和分析,得出岩爆发生时的声发射特征与动态演化规律,并提出岩爆综合防治措施,保证了安全施工。     

福建某隧道岩爆工程技术分析

本文根据福建某隧道施工中发生的岩爆,通过现场地质观测资料,具体地分析了其形成的规模、位置、诱发因素以及地质条件,从地质工程的角度,对岩爆发生地段隧道的岩石组成、地质构造、地应力特征以及地下水情况进行了探讨,并在此基础上,提出了岩爆防治措施。     

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。     

岩爆结构面强度的弱化特征

岩爆破坏以其突发性与瞬间破坏性等特点,在工程中很难予以预防.本研究基于动力学与能量作用原理,通过固有振动频率等振动特征指标实现对边界剪切弹性系数的计算.在物理模型试验中,应用多普勒激光测振仪对岩爆体破坏全过程进行远程振动特征监测.试验得出,结构面强度的非协调弱化效应是岩爆发生的必要条件,结构面弱化的时空差异是发生瞬时性岩爆还是迟滞型岩爆的主要因素.当结构面弱化较慢时,则为迟滞型岩爆,反之,则为瞬时性岩爆.基于固有振动频率可识别岩体结构面的弱化速率,岩爆发生全过程中,结构面的总耗散能仅为赋存弹性能的0.06%,使得几乎所有的弹性动能都将转化为冲击动能,表现为岩爆体以高速的形式弹射出来.基于频率下降速率等监测数据分析,可识别岩爆结构面强度的非协调弱化特征.因此,增加固有振动频率等动力特征监测指标,无疑会进一步提高对岩爆孕育演化特征规律的认识,并在地下空间工程岩爆预警监测方面发挥重大作用.     

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。     

动力弹射型岩爆发生机理及反馈机制

为研究动力弹射型岩爆发生机理和破坏特征,结合岩爆现场实录资料及理论分析,建立模拟动力弹射型岩爆的变截面杆模型,提出系统相对稳定度的概念,并分析了影响系统相对稳定度的参数,建立岩爆体应变率的反馈环,最后实验模拟了岩爆过程.结果表明,岩爆是由于隧洞围岩局部应力集中造成的,弹性体与岩爆体体积比、弹性体弹性模量与岩爆体软化系数之比均与系统相对稳定度呈负相关,岩爆发生的过程是一个正反馈调节的过程,在岩爆发生前,弹性体与岩爆体应变能持续累积,岩爆发生时瞬时释放,造成碎块弹射.分析结论与实验结果为研究动力弹射型岩爆的发生机制提供了参考.     

冬瓜山铜矿深井开采岩爆危险区分析与预测

根据冬瓜山矿床典型岩石的抗拉试验、全应力应变试验和峰值强度变形状态下的松弛试验结果以及矿床构造、岩性分布,研究了该矿床岩层的岩爆倾向性分布特征,分析了已发生的井巷岩爆特征;采用数值模拟方法,以硐室周边最大切向应力与岩石的抗压强度之比为判别指标,对采场围岩岩爆危险区进行了预测.研究结果表明矿体和矿体上盘岩石具有中等岩爆倾向,矿体下盘岩石具有弱岩爆倾向,它们都属于诱导性的岩爆;岩爆发生于具有岩爆倾向、应力大且能够产生能量突然释放的区域,主要集中于工程的交叉处附近、不同岩层的接触带附近的较坚硬岩体以及采场顶板、矿柱和采场四角的局部区域.     

岩爆防治在大伙房引水隧道中的应用

重点研究了在大伙房引水隧道一号支洞所发生岩爆的特征，从包括岩石组合、地应力状况、隧道埋深以及地下水发育特征等因素在内的影响岩爆发生的主要因素的角度，分析了它产生、发展、分布的岩石组成形式和地质构造特征，指出隧道中容易发生岩爆的地段的鉴别特征，着重研究了该地区岩爆在不同构造应力场的作用下，所发生的的力学行为，并由此推断出它可能对隧道施工可能造成的影响，提出了以预防为主、防治结合的行之有效的治理措施。     

基于RES理论的岩爆倾向性预测方法

从工程地质因素、复杂环境因素和人为开挖因素3个方面分析了岩爆启动的主要影响因素,在此基础上,提出了一种基于RES理论的岩爆智能预测模型,并论证了人工神经网络的参数分析原理.此外,采用改进的前馈神经网络BP算法对交互作用矩阵进行编码以及对参数的相对交互作用强度进行了分析.研究结果表明:运用该岩爆智能预测模型,不仅使岩爆倾向性的预测具有动态特性,同时又可以方便地对岩爆启动的主控因素进行分析.     

深井开采岩爆预测与防控措施研究

选取某矿山深部岩体进行试验,利用岩爆危险性判据评价岩爆的倾向性,并分析岩爆试验特征. 结果表明： 含铜磁铁矿具有中等岩爆倾向,其它岩石无岩爆倾向;岩爆倾向性与岩石强度有关,同一岩性岩体,强度越大,弹性能指数越高,岩爆倾向越明显;动态破坏时间与强度无明显相关关系. 针对矿山开采情况,提出岩爆防治措施,以降低岩爆发生的可能性,提高井下作业安全.     

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.     

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．     

冬瓜山铜矿床岩爆特性分析

根据冬瓜山井巷掘进期间记录到的岩爆现象,分析了岩爆特性,确定了该矿井巷的岩爆危险区,对该矿床几种主要的岩石进行了多种力学性质试验,包括强度试验和变形试验等,指出该矿床矿岩除大理岩外,其他岩石都具有不同程度的岩爆倾向性,并对岩爆倾向性属性进行了分析。     

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。     

高地应力水平岩层隧道滞后型岩爆时空倾向性机制分析

浙江杭温水平岩层隧道内滞后型岩爆频发,但目前对于其孕育机理和时空倾向性研究不足。故采用有限差分软件,通过地应力测试和统计现场岩爆资料的方法,研究分析滞后型岩爆时空特征机制。结果表明:(1)滞后型岩爆具有明显的时空倾向性特征。近70%的滞后型岩爆时间上发生在该区开挖6～30 d,空间上滞后于掌子面30～100 m之间;且多发生中等岩爆,岩爆等级及可能性随时空变化呈现倒“V”形趋势。(2)硬岩在高地应力环境中具有明显的延性与时效变形特征;在卸荷条件下,应力释放率的逐渐增加是诱发滞后型岩爆的最主要因素。(3)开挖一定距离后,隧道周边不同位置处都出现应变能突变,且保持较高的应变能密度,易发生等级较高的岩爆。上述结果为以后预测滞后型岩爆和施加相应支护措施提供了依据。