岩石力学论文

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1、岩爆是高地应力条件下地下工程洞室开挖过程中，因开挖卸荷引起洞室周边围岩产生径向应力降低、切向应力增高的应力分异作用，储存于硬脆性围岩中的弹性应变能突然释放且产生爆裂脱落、剥离、弹射甚至抛掷性等破坏现象的一种动力失稳地质灾害，它直接威胁施工人员、设备的安全，影响工程进度，以成为世界性的地下难题之一。根据国内外研究现状，笔者将岩爆烈度可以划分为轻微、中等、强烈、剧烈四级，其中/Rb的对应关系是经实例测试总结所得。近几十年来，国内外很多专家、学者在岩爆形成机理、预测预报等方面做了大量研究。有的学者认为岩爆是剪破裂；也有的学者根据自己的观察和试验结果的得出张破裂的结论；还有一种观点

2、得出产生岩爆的岩体破坏过程分为劈裂成板条→剪（切）断成块→快片弹射三个阶段式破坏。E·Hoek(霍克)认为岩爆是高地应力区洞室围岩剪切破坏作用的产物。Mastin和Haimson通过有圆孔的砂岩岩板进行单向压缩模拟试验，砂岩板发生孔壁崩落现象，他们得出这一现象是由于孔壁应力集中破坏所引起，系统性破坏。我国专家杨淑清教授通过对天生桥引水隧洞岩爆机制物理模拟试验，总结出岩爆造成围岩劈裂破坏和剪切破坏的两种机制。劈裂破坏属脆性断裂，而剪破坏是岩石应力达到峰值强度状态的破坏；前者形成的破裂面与洞壁平行，后者则相交。谭以安博士认为岩爆为一个渐进破坏过程。王兰生教授在二郎山隧道岩爆研究

3、基础上，认为岩爆机理的基本表现形式是压致拉裂、压致剪切拉裂和弯曲鼓折。王青海教授等按岩爆形成的力学表现形式，将岩爆分为劈裂破坏型、剪切破坏型和弯折内鼓型三种形式。目前有关岩爆的研究，主要通过室内单轴压缩试验或者三轴试验，如郭志等得到了大量的试验数据并进行了数据分析。另一种研究岩爆的方式就是数值模拟，建立适当模型，通过数值分析软件进行预测分析。需要着重指出的是，诱发岩爆的因素主要是人类活动开挖洞室改变了地下岩体的赋存空间，而这个改变了的赋存空间又与周围围岩相互作用。引起岩爆的原因有很多，比如岩石性质、围岩应力、隧洞开挖方式及开挖速度等等。正是因为因素较多，才给研究岩爆的机制，

4、建立岩爆的判据带来了许多困难。但是，在这诸多的因素中，必然有一种起着决定作用的因素，应当全力抓住决定性的因素进行分析，才能反映事物的本质。我们认为：岩性和围岩应力条件是岩爆发生的决定性因素。岩石的性质是岩爆发生的内因，是第一位的因素。围岩应力是岩爆发生的外因，是岩爆发生的必然条件。只有同时具备上述两种因素，才有可能发生岩爆。通过大量现场调查，人们已经证实岩爆发生时，总是要突然释放许多能量，这是岩爆区别于外因的基本特征。因此，从能量的观点出发研究岩爆的规律，建立岩爆的判据是比较合理的。实际上，上述岩爆的两个主要因素完全可以用能量来描述，并建立起岩爆的能量判据。（一）、岩性条件

5、从岩性上看，并不是所有的岩石都会产生岩爆。根据现场调查可以发现：产生岩爆的岩石都是新鲜完整，质地坚硬，性脆，抗压强度较高，线弹性特征明显及没有或很少有裂隙；相反，那些结构松散、弹性模量小、抗压强度低、含水量高的岩石则不易发生岩爆。分析岩石的全程应力-应变关系可以解释这一现象。全程应力-应变曲线与应变轴所围的面积，反映了岩石变形过程中能量变化的关系。（二）、围岩能量条件如果具备了岩爆德尔岩性条件，即Wqx>1.5,还不能断言岩爆发生与否。这是因为岩爆还与围岩能量或应力有关，在地下开挖洞室后，原有的地应力场被破坏，围岩内的应力场重新分布并在局部产生应力集中。从能量意义上讲，岩体

6、受力变形后讲积蓄应变能，开挖洞室后由于临空面的形成能量进一步积聚，当达到某一极限后，将在某些薄弱位置突然释放出来，产生岩爆。因此，围岩内积蓄有大量的弹性能是产生岩爆的物质条件。实际上，岩爆多发生于高地应力区也就是这个道理。一般认为，要产生严把，首先要发生岩石破坏，前面说过岩石破坏必定要消耗能，消耗能越大，释放出的能就小，产生岩爆的可能性也小。从这个意义上讲，可以定量给出岩爆的围岩能量条件。隧洞开挖后，洞壁处于二维应力状态，对于圆截面隧洞一般有，=，=，==0，设围岩的弹性模量为E，泊松比为，那么弹性比能u=（2+2-2）/2E式中：——洞室的环向应力；、、——主应力——洞室

7、的轴向应力至于在二维应力状态下，岩石破坏时所耗散的能，显然与/的比值有关，而该比值有无穷多种，因此仅靠试验很难找出二维应力状态下岩石破坏的散耗能。考虑到能量是一标量，它只是数值的大小，而与应力状态无关。故可假设不论在什么复杂应力状态下，只要围岩内某处的弹性应变能超过单向应力状态下岩石破坏所消耗的能，就有可能产生岩爆。于是得出岩爆的围岩能量条件是：u=（2+2-2）/2E>脆性破坏的力学模型、（一）格里菲斯准则反映岩石破裂的准则，其强度准则可表达如下：对于二维情形中的主应力，（以压应力为正），如果（-）2=8(+)若