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1、第21卷第9期岩石力学与工程学报21(9):1324~13292002年9月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringSept.,2002秦岭隧道岩爆的研究谷明成何发亮陈成宗(中铁西南科学研究院成都610031)摘要概述了秦岭隧道岩爆的表现特征。通过对混合片麻岩变形破坏的试验研究,提出了岩爆发生的机理;分析了岩爆形成发生的条件,提出了岩爆发生的综合判据。关键词秦岭隧道,岩爆,岩石变形,机理,综合判据分类号U45,TD324文献标识码A文章编号1000-691
2、5(2002)09-1324-06开挖过程中,43段累计长度约1900m处发生了岩1前言爆,其中有33段长度在4m以上,最长一段由4段不同程度的岩爆段连续组成,长达600m,有10段在高地应力区的岩体中,积聚着很高的弹性应长度在3m以下的岩爆,证实了预测的结果。变能。在洞室开挖过程中,岩体内应力将重新分布并在洞壁附近产生应力集中,当集中的应力超过岩2秦岭隧道岩爆的表现特征体的破坏强度时,应变能就会突然释放,岩体发生猛烈的脆性失稳破坏,破坏后的岩块猛烈地弹射出根据现场调查,按岩爆的强烈程度可把岩爆分来,
3、多数情况还伴有人耳可闻的声响,这一岩体破为轻微、中等和强烈三级。轻微岩爆28段(总长为[1~6]坏形式就是岩爆。轻微岩爆的岩石呈片状剥落,1124m),多呈小规模零星分布,以破裂剥落型为而强烈岩爆可将巨石猛烈抛出,甚至一次岩爆就能主;中等岩爆11段(总长为650m),呈较大规模的抛出数以吨计的岩块和岩片,严重威胁着施工人员连续分布,为弹射型和破裂剥落型;强烈岩爆4段,和设备的安全。累计长度为120m,呈大规模连续分布,为强烈弹秦岭隧道为西安—安康铁路线上的重大控制工射型,并造成围岩大面积开裂失稳。程,
4、位于陕西省长安县与柞水县交界处,长18km,从发生岩爆的岩性看,所有43段岩爆中,除一近南北向穿越近东西向展布的秦岭山脉,隧道埋深段(10m)发生在混合花岗岩中,其余岩爆均发生在在500m以上的洞段达9km,最大埋深达1600m。混合片麻岩中。混合片麻岩片麻理构造较发育,节隧道通过的岩石为混合片麻岩和混合花岗岩,混合理不发育至较发育,岩体多呈巨块状整体结构或大岩具强度高、脆性大的特点。隧道通过地区地处秦块状砌体结构,几乎所有岩爆段的岩体都呈干燥无岭褶皱断裂带的中部,为一经历了多期构造运动的水状态。复杂
5、构造带。区内断层发育,洞身通过段的区域性从岩爆段的垂直埋深看,最大埋深为1615m,大断层就有3条,次一级断层有10条。受断裂构造最小埋深仅50m,但4段强烈岩爆深埋都在900m的影响,区内发育一系列长大节理和节理密集带。以上,轻微和中等岩爆可发生在任何埋深。岩爆在勘测和施工阶段的地应力测试显示,隧道区为高地隧道断面上主要分布在两侧拱部,个别段发生在两应力区,最大主应力方向为近南北向。侧边墙,4段强烈岩爆发生在整个断面。由于隧道区内岩石坚硬,性脆,地应力高,地爆落的岩块有薄片状、透镜体状、板状和块状,
6、下水少,勘测设计阶段预测在埋深1000m左右的大小差别很大,小至数厘米,大至几米。轻微岩爆Ⅴ,Ⅵ类围岩洞段可能发生较严重的岩爆。在隧道的爆块以薄片状居多,中等岩爆多为片状和透镜状2001年10月12日收到初稿,2001年11月4日收到修改稿。作者谷明成简介:男,39岁,1984年毕业于西南交通大学,现为副研究员,主要从事工程地质方面的研究工作。第21卷第9期谷明成等.秦岭隧道岩爆的研究•1325•爆块,大小不等,最大块长2m,在强烈岩爆中,根据应力-应变全过程曲线的特征,把混合片麻各种形状的爆块均有,
7、最大爆块长3.4m。轻微岩岩的受压变形破坏过程划分为5个阶段,即裂隙闭爆爆坑不明显,中等和强烈岩爆留下相当明显的岩合阶段、弹性变形阶段、裂隙稳定扩展阶段、强度爆坑。对于纵向延伸较短的岩爆段,岩爆坑常呈“锅破坏阶段和残余变形阶段。底状”,对于纵向延伸较长的岩爆段,岩爆坑断面(1)裂隙闭合阶段多呈三角形、弧形或梯形的长槽状,长度几米至数岩石经历了不同地质年代的地应力作用,内应十米,最宽4m,最深2m。岩爆坑边缘多为阶梯力不仅造成了各种宏观的地质界面,而且形成了矿面,其中一组破裂面与开挖洞壁基本平行,与洞壁
8、物颗粒间的微裂隙。对岩石试件加载时,微裂隙会夹角为0°~5°,表现为明显的张性破裂;另一组与逐渐闭合,在应力-应变曲线上表现为曲线斜率逐渐洞壁斜交,与洞壁夹角为20°~25°,表现为张剪破增大,曲线略向下凹。在裂隙闭合阶段,随着应力裂。前一组爆裂面以沿片麻理形成的新鲜破裂面为的增大,轴向变形逐渐增大,环向变形几乎没有变主,少数迁就原生裂隙面,后一组爆裂面多为新鲜化,也没有明显的声发射产生。破裂面。岩爆块断面电镜扫描分析表明,岩爆破裂(2)弹性变形阶段面以
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