岩石力学论文--岩爆研究

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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6降低、切向应力6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、弹射共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。岩爆的特征与破坏机制（-）岩fll是坚硬而完整的岩体弾性能闿放实監表明，某些岩石和枝煤，当以一种平缓的形式加荷井超过其匸极限时，可以聚集大量的弾性应变能，一旦遇到扰动，戏会突然释放岀来，并伴有响声，岩.煤体发生彼裂，其破5?的宕、煤块以

2、很天的力fit向外抛岀.（二）岩加是高强度材料在低应力条件下的胧性斷裂硬岩是带有各种缺陷的廉性材料，它的童0!能力受这些峡陷的控制，在低应力作用T,材料裂醴我可能扩展并迅速传播，导致宕石在裂魅开展后的U间就发生険性斷断裂力学试验指岀，的进一步扩展，裂缝趋于转向平行于最大主应力抽.洞室附近岩体径向应力6较低，在洞壁上.最小主应力刃二的=0,最大主应力6=5•对于It性岩石，有可能当升远小于岩石抗压强度时，囲岩就产生It性斯裂.当这种断裂在润壁附近发生时，必然呈现与洞壁平行的劈裂破坏.（三）岩■发生在应力集中处导致应力靈中的原因可归为8

3、1岩初始应力.涧室形状.81涧开挖的步■及方式和岩石的性貴.（四）宕用也具有时同效应.开挖肓二十四小时内岩I■较为鱼鷄価话建灌械£>•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e/Rb的对应关系是经实例测试总结所得。表1岩冷烈度分级简表岩爆烈度级别轻微岩爆中等岩爆强烈岩爆剧烈岩爆主耍分级依据国岩农层冇爆裂脱落.剥离现兔内部有科啪、廝裂川响；ZRb*0.3-0.5：对施工於响较小爆裂脱落.剥离现您牧严重.冇弹射.可听见清脆的爆裂声.有一定持续时何＜彫响滋度町达丨m5-0.7»对施工有一定影响强烈的爆裂

4、弹射.有似机枪子弹射击声.岩爆貝延续性.并向围岩渾删发展.影响深度可达2m±jayRh=0,7~ao对施工彫响较大剧烈的爆裂弹射扶至抛掷•冇似炮弹巨响声.岩爆貝突发性.并迅速向审岩渾部发帕彫响深度孑3m±2Rh*0.9-h严乐影响共至摧毁I：程注：Rb为洞唯岩右种轴抗压强度（MPa）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；还有一种观点得出产生岩爆的岩体破坏过程分为劈裂成板条f剪（切）断成块f快片弹射三个阶段式破坏。E•

5、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彳亍单向压缩模拟试验，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半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，而剪破坏是岩右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基础上，认为岩爆机理的基本表现形式是压致拉

6、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，

7、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，总是耍突然释放许多能量，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

8、，并建立起岩爆的能量判据。（一）、岩性条件从岩性上看，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