巖石力學(xué)論文--巖爆研究

《巖石力學(xué)論文--巖爆研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、巖爆是高地應(yīng)力條件下地下工程洞室開挖過程中，因開挖卸荷引起洞室周邊圍巖產(chǎn)生徑向應(yīng)力6降低、切向應(yīng)力6增高的應(yīng)力分異作用，儲存于硬脆性圍巖中的彈性應(yīng)變能突然釋放且產(chǎn)生爆裂脫落、剝離、彈射共至拋擲性等破壞現(xiàn)象的一種動力失穩(wěn)地質(zhì)災(zāi)害，它直接威脅施工人員、設(shè)備的安全，影響工程進(jìn)度，以成為世界性的地下難題之一。巖爆的特征與破壞機(jī)制（-）巖fll是堅(jiān)硬而完整的巖體弾性能闿放實(shí)監(jiān)表明，某些巖石和枝煤，當(dāng)以一種平緩的形式加荷井超過其匸極限時，可以聚集大量的弾性應(yīng)變能，一旦遇到擾動，戲會突然釋放岀來，并伴有響聲，巖.煤體發(fā)生彼裂，其破5?的宕、煤塊以

2、很天的力fit向外拋岀.（二）巖加是高強(qiáng)度材料在低應(yīng)力條件下的朧性斷裂硬巖是帶有各種缺陷的廉性材料，它的童0!能力受這些峽陷的控制，在低應(yīng)力作用T,材料裂醴我可能擴(kuò)展并迅速傳播，導(dǎo)致宕石在裂魅開展后的U間就發(fā)生険性斷斷裂力學(xué)試驗(yàn)指岀，的進(jìn)一步擴(kuò)展，裂縫趨于轉(zhuǎn)向平行于最大主應(yīng)力抽.洞室附近巖體徑向應(yīng)力6較低，在洞壁上.最小主應(yīng)力刃二的=0,最大主應(yīng)力6=5?對于It性巖石，有可能當(dāng)升遠(yuǎn)小于巖石抗壓強(qiáng)度時，囲巖就產(chǎn)生It性斯裂.當(dāng)這種斷裂在潤壁附近發(fā)生時，必然呈現(xiàn)與洞壁平行的劈裂破壞.（三）巖■發(fā)生在應(yīng)力集中處導(dǎo)致應(yīng)力靈中的原因可歸為8

3、1巖初始應(yīng)力.澗室形狀.81澗開挖的步■及方式和巖石的性貴.（四）宕用也具有時同效應(yīng).開挖肓二十四小時內(nèi)巖I■較為魚鷄価話建灌械￡>?根據(jù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，筆者將巖爆烈度可以劃分為輕微、中等、強(qiáng)烈、劇烈四級，其中e/Rb的對應(yīng)關(guān)系是經(jīng)實(shí)例測試總結(jié)所得。表1巖冷烈度分級簡表巖爆烈度級別輕微巖爆中等巖爆強(qiáng)烈?guī)r爆劇烈?guī)r爆主耍分級依據(jù)國巖農(nóng)層冇爆裂脫落.剝離現(xiàn)兔內(nèi)部有科啪、廝裂川響；ZRb*0.3-0.5：對施工於響較小爆裂脫落.剝離現(xiàn)您牧嚴(yán)重.冇彈射.可聽見清脆的爆裂聲.有一定持續(xù)時何＜彫響滋度町達(dá)丨m5-0.7?對施工有一定影響強(qiáng)烈的爆裂

4、彈射.有似機(jī)槍子彈射擊聲.巖爆貝延續(xù)性.并向圍巖渾刪發(fā)展.影響深度可達(dá)2m±jayRh=0,7~ao對施工彫響較大劇烈的爆裂彈射扶至拋擲?冇似炮彈巨響聲.巖爆貝突發(fā)性.并迅速向?qū)弾r渾部發(fā)帕彫響深度孑3m±2Rh*0.9-h嚴(yán)樂影響共至摧毀I：程注：Rb為洞唯巖右種軸抗壓強(qiáng)度（MPa）近幾十年來，國內(nèi)外很多專家、學(xué)者在巖爆形成機(jī)理、預(yù)測預(yù)報(bào)等方面做了大量研究。有的學(xué)者認(rèn)為巖爆是剪破裂；也有的學(xué)者根據(jù)自己的觀察和試驗(yàn)結(jié)果的得出張破裂的結(jié)論；還有一種觀點(diǎn)得出產(chǎn)生巖爆的巖體破壞過程分為劈裂成板條f剪（切）斷成塊f快片彈射三個階段式破壞。E?

5、Hoek（霍克）認(rèn)為巖爆是高地應(yīng)力區(qū)洞室圍巖剪切破壞作用的產(chǎn)物。Mastin和Haimson通過有圓孔的砂巖巖板進(jìn)彳亍單向壓縮模擬試驗(yàn)，砂巖板發(fā)生孔壁崩落現(xiàn)象，他們得出這一現(xiàn)象是由于孔壁應(yīng)力集中破壞所引起，系統(tǒng)性破壞。我國專家楊淑清教授通過對天半橋引水隧洞巖爆機(jī)制物理模擬試驗(yàn)，總結(jié)出巖爆造成圍巖劈裂破壞和剪切破壞的兩種機(jī)制。劈裂破壞屬脆性斷裂，而剪破壞是巖右應(yīng)力達(dá)到峰值強(qiáng)度狀態(tài)的破壞；前者形成的破裂面與洞壁平行，后者則相交。譚以安博士認(rèn)為巖爆為一個漸進(jìn)破壞過程。王蘭生教授在二郎山隧道巖爆研究基礎(chǔ)上，認(rèn)為巖爆機(jī)理的基本表現(xiàn)形式是壓致拉

6、裂、壓致剪切拉裂和彎曲鼓折。王青海教授等按巖爆形成的力學(xué)表現(xiàn)形式，將巖爆分為劈裂破壞型、剪切破壞型和彎折內(nèi)鼓型三種形式。目前有關(guān)巖爆的研究，主要通過室內(nèi)單軸壓縮試驗(yàn)或者三軸試驗(yàn)，如郭志等得到了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析。另一種研究巖爆的方式就是數(shù)值模擬，建立適當(dāng)模型，通過數(shù)值分析軟件進(jìn)行預(yù)測分析。需要著重指出的是，誘發(fā)巖爆的因素主要是人類活動開挖洞室改變了地下巖體的賦存空間，而這個改變了的賦存空間又與周圍圍巖相互作用。引起巖爆的原因有很多，比如巖石性質(zhì)、圍巖應(yīng)力、隧洞開挖方式及開挖速度等等。正是因?yàn)橐蛩剌^多，才給研究巖爆的機(jī)制，

7、建立巖爆的判據(jù)帶來了許多困難。但是，在這諸多的因素中，必然有一種起著決定作用的因素，應(yīng)當(dāng)全力抓住決定性的因素進(jìn)行分析，才能反映事物的本質(zhì)。我們認(rèn)為：巖性和圍巖應(yīng)力條件是巖爆發(fā)生的決定性因素。巖石的性質(zhì)是巖爆發(fā)生的內(nèi)因，是第一位的因素。圍巖應(yīng)力是巖爆發(fā)生的外因，是巖爆發(fā)生的必然條件。只有同時具備上述兩種因素，才有可能發(fā)生巖爆。通過大量現(xiàn)場調(diào)查，人們已經(jīng)證實(shí)巖爆發(fā)生時，總是耍突然釋放許多能量，這是巖爆區(qū)別于外因的基本特征。因此，從能量的觀點(diǎn)出發(fā)研究巖爆的規(guī)律，建立巖爆的判據(jù)是比較合理的。實(shí)際上，上述巖爆的兩個主要因素完全可以用能量來描述

8、，并建立起巖爆的能量判據(jù)。（一）、巖性條件從巖性上看，并不是所有的巖石都會產(chǎn)生巖爆。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)：產(chǎn)生巖爆的巖石都是新鮮完整，質(zhì)地堅(jiān)硬，性脆，抗壓強(qiáng)度較高，線彈性特征明顯及沒有或很少有裂隙；相反，那些結(jié)構(gòu)松散、彈性模量小、抗壓