高地应力隧道岩爆破坏特征物理模型试验研究

采用岩爆相似材料制作大尺寸物理模型,自主研制隧道开挖装置,进行二维应力隧道岩爆物理模型试验,研究高地应力条件下(侧压力系数λ=2)隧道围岩岩爆等脆性破坏特征。试验结果表明:隧道开挖后,围岩有较明显的压应变波动和突变现象,拱墙处局部出现拉应变;同时,声发射能量表现出剧烈增大现象,在应变、声发射特征这两方面均表现出高应力区隧道岩爆的征兆。高地应力条件下(侧压力系数λ=2),隧道拱顶和拱底压应力集中明显而最早发生破坏,拱墙出现拉应力作用,产生张拉裂缝。围岩脆性破坏从颗粒弹射开始,随后变为碎块剥落和裂缝扩展,其变形破坏特征表现出一定的岩爆特性。     

基于岩石峰前起裂及峰后特征的脆性评价方法

现有研究表明岩石脆性与其内部微裂纹起裂、扩展有密切联系,但考虑岩石起裂特征的脆性评价指数并不多见,在对脆性理论以及起裂特征分析的基础上,提出了一种基于岩石峰前起裂及峰后特征的脆性评价方法。首先,结合George和Tarasov&Potvin等对脆性的描述和定义,从理论上分析了基于岩石峰前起裂及峰后特征脆性评价方法的可行性。其次,构建了表征岩石峰前脆性特征的分量B_i和表征岩石峰后脆性特征的分量B_ii,并将两者之积作为表征峰前起裂和峰后应力跌落特征的脆性指数B_I。最后,结合不同加载方式、围压以及岩性条件下花岗岩、砂岩和大理岩试验数据对其进行了验证。结果显示：围压5～35 MPa时,大理岩脆性与围压呈负相关关系;围压5 MPa时,三轴卸荷试验条件下花岗岩脆性比三轴压缩试验条件下大。花岗岩、砂岩、大理岩相应的脆性指数B_I值分别为0.684,0.336,0.186,计算结果与试验结果吻合。提供了一种从起裂和应力跌落角度评价岩石脆性的新思路,对丰富室内岩石脆性分析与评价具有一定指导意义。