基于应力波理论的岩爆机理分析

针对岩爆明显的动力特征,根据Hopkinson破裂现象与岩爆的相似性,由一维杆件应力波传播方程出发,对圆形地下硐室应力波传播方程进行了推导,对应力波诱发岩爆进行了分析,并且对地应力、施工等因素的影响进行了解释,为岩爆的研究奠定了基础。     

深埋长大公路隧道高地应力岩爆和岩溶涌突水问题及对策

对二郎山和华蓥山隧道在建设过程中的高地应力岩爆与岩溶涌突水问题进行了研究，概述了二郎山隧道地应力场，岩爆及围岩变形的监测预报，并对华蓥山隧道岩溶涌突水的特征，原因及对隧道的影响进行了研究：提出了岩爆和涌突水的防治措施，并予以实施。     

瀑布沟水电站地下厂房开挖过程中岩爆应力状态的数值模拟

瀑布沟水电站地下厂房赋存于复杂的地质环境中,厂房开挖过程中岩爆活动频繁。为分析围岩应力对岩爆活动的影响,研究初始地应力理论和计算方法,对厂房区域的地应力实测值进行线性回归,并在ANSYS中实现初始地应力的加载,得到与实际勘测结果相接近的初始地应力场。在此基础上,对地下厂房的开挖过程进行三维有限元数值模拟,根据岩爆判别准则对岩爆危险区域进行预测,并给出危险等级分类。岩爆模拟结果和现场监测结果基本吻合。研究结果表明,瀑布沟水电站地下厂房围岩区域的构造应力显著,且具有较强的方向性。地下厂房围岩整体上稳定,拱脚、洞室交口处围岩容易发生高等级岩爆。     

岩爆应力状态研究

通过地下洞室围岩的应力状态分析和真三轴压缩试验,研究了岩爆应力及其在围岩中的极限深度问题。研究结果表明,片状劈裂岩爆是在双轴压缩应力状态作用下在洞壁面上产生;剪切错动型岩爆是在真三轴应力状态下在围岩内部产生;围岩内部存在着生产岩爆的极限深度区,极限深度的深浅取决于应力场中的垂直和水平主应力的比值大小。     

高地应力区隧洞施工岩爆防治技术例析

本文以锦屏二级水电站引水系统引水隧洞洞群施工中岩爆防治技术应用为例,详细阐述了岩爆的形成及岩爆防治的措施,为高地应力区隧洞施工岩爆防治提供了宝贵经验。     

基于岩爆倾向性的高黎贡山深埋隧道岩爆预测研究

岩爆的预测研究一直是地下工程的世界性难题之一,岩爆倾向性是岩爆发生的一个重要条件。本文以大瑞铁路高黎贡山深埋隧道为例,在野外地质调查和室内岩石力学实验测试分析的基础上,计算分析了高黎贡山深埋隧道花岗斑岩岩体的弹性应变能指数WET、岩石脆性系数B和最大储存弹性应变能指标Es等岩爆倾向性指标。在ANSYS软件平台上,进行了...     

苍岭特长公路隧道岩爆预测和工程对策

从苍岭隧道的工程地质状况入手,结合现场实测的地应力值,通过反演得出隧道区内的初始应力场,在此基础上通过有限元分析获取了隧道开挖后的洞周应力值,以此为依据,结合室内岩石试验和不同岩爆判据,得出了勘察设计阶段本区将产生低–中等岩爆的结论,并在设计中提出了相应的对策。在施工阶段为更加准确预测岩爆,结合施工中实际状况对隧道区内的总体岩爆状况进行重新预测,结果显示低–中等岩爆区间都相应减少;同时利用现场实测应力值对前方300～500 m段进行了分阶段预测,并得出卢森判据适用于该隧道的结论。     

岩爆施工技术研究

分析了岩爆的形成原因，介绍了岩爆的分类、力学机制及产生条件，结合隧道施工经验，总结了岩爆的特点以及岩爆施工措施，从而减小地质灾害。     

川藏公路二郎山隧道高地应力与岩爆问题研究

 博士学位论文摘要　通过两组钻孔应力解除法地应力实测和6 组地应力Kaiser 效应测试, 查明了工程岩体内的空间应力状态为潜在走滑型, 其中R1 方向为N 66. 9°～ N 85°W , 它与水平面的夹角介于20°～ 40°之间, R1max 为35. 3M Pa。岩体应力场数值模拟结果进一步表明, 研究区单斜层状各向异性岩层在自重应力和一定量级的NWW 向区域构造应力(8. 9M Pa) 共同作用下, 结果在隧道中部相对坚硬完整、弹模值较高的砂岩、粉砂岩、灰岩、部分砂质泥岩和软质岩层内的硬脆性夹层中形成了相对意义上的高地应力; 此外, 发育产状为N 40°～ 60°W öN E∠60°～ 85°的次级断裂构造(ESR 测年值为55×104 a) 两侧10～ 20m 距离以外地段, 由于其后期张扭性构造活动, 也普遍存在着可以导致岩爆发生的局部高地应力现象。岩爆类型划分研究中, 首先根据高地应力的成因, 将岩爆类型划分为自重应力型、构造应力型、变异应力型和综合应力型四大类; 然后依据具体应力条件, 并结合岩爆特征等内容, 再将岩爆划分成8 个亚类。岩爆烈度分级研究中, 突出了现场容易判别的岩爆标志, 主要依据岩爆声响、运动特征、岩块形态特征、断口特征、发生部位、时效特征、影响深度以及对工程的危害性等内容, 将岩爆烈度划分为轻微、中等、强烈、剧烈四级(RM S 方案)。通过现场跟踪调研、岩爆断口扫描电镜分析、岩爆岩石力学试验研究, 岩爆力学机制大体上可归纳为压致拉裂型、压致剪切拉裂型、弯曲鼓折(溃屈) 型等三种基本方式, 也可以多种组合方式出现。不同的破裂机制不仅与围岩应力状态有关, 而且也与岩体的性能和结构构造、开挖条件等诸多因素有关。根据施工中记录的200 多次岩爆资料, 详细总结了该隧道岩爆发生的基本规律, 并且采用“地质超前预报法”、“RHöR b 判据现场测定预报法”这两种较为实用、有效的方法, 对其岩爆预报问题作了有益的探讨。最后提出了与RM S 方案相对应的各级岩爆防治措施, 并且取得了良好的应用效果。     

深部巷道地应力测量及岩爆倾向性分析

采用岩石声发射Kaiset效应法对工程岩体原岩应力场进行了测试,结果表明,工程岩体部位应力水平较高,以构造应力为主。利用所测得的地应力场数据,通过三维有限元反演工程区的初始应力场,在初始应力场和隧道围岩岩石力学性质研究的基础上,结合巷道断面开挖数值分析结果和现有岩爆判别准则,对巷道岩爆的倾向性进行预测,为制定合理的开挖支护方案提供依据,在岩爆预测理论和工程应用方面具有很好的参考价值。     

广-渝高速公路华莹山隧道围岩地应力测试与岩爆研究

介绍了华莹山公路隧道围岩应力测试所采用的水力劈裂技术的测试方法和成果,分折了地下洞室围岩应力的分布状态及影响围岩应力的主要因素,以及岩体应力值与岩爆的关系。     

岩爆与爆破的关系

许多大型地下工程的岩爆实录表明,岩爆与爆破具有密切关系。当前炮次爆破形成的爆炸应力波在已开挖围岩中的传播可以概化为Lamb线源问题。爆破后,对于已开挖围岩轮廓面上某一点,P波、S波和Rayleigh波顺序到达;P波和Rayleigh波对围岩具有显著的扰动作用,两者之中大振幅Rayleigh波居于支配地位。P波和Rayleigh波将分别在围岩中形成垂直和平行于开挖轮廓面的张性破裂面;在21ss>,03=s的应力环境中,这些破裂面的出现,将引起围岩以岩爆或片剥的形式破坏。P波的衰减和Rayleigh波的垂向分布可以解释岩爆高发区与掌子面的空间关系及岩爆碎片的形状特征等若干岩爆现象。     

岩爆机理声发射试验研究

采用单向和三向应力状态下的岩石声发射测试技术,对不同岩性岩石的岩爆机理进行了系统地试验研究。研究表明,强度不同、结构差异、不同岩性的岩石,其在单向和三向应力状态下的声发射特性明显不同,而同种岩性岩石在单轴压缩和围压条件下的声发射特性则极为相似,其声发射特征应力值之间也存在一定的规律性关系,对于强度高的岩石和强度低的岩石这一规律都存在,由此总结出不同岩性岩石在不同应力状态下的岩爆发生特征。试验研究表明,采用岩石声发射测试技术追踪岩爆的产生和发展过程,是进行岩爆机理研究的一种科学、有效的方法。     

白云隧道深埋高应力段施工技术

结合白云隧道在高应力段遇到的岩爆和高应力软岩变形情况,阐述岩爆和软岩变形的机理,总结深埋白云隧道高应力段遇到的岩爆和高应力软岩变形段落的施工技术,为类似长大隧道高应力段遇到的岩爆和高应力软岩变形段的施工提供借鉴。     

深井岩爆微震监测预警与防治成套技术研究

为了研究深井回采过程中岩爆危险性实时监测预警的可能性和有效防护技术,以三山岛金矿深部试验采场为工程背景,首先,基于三维微震监测技术,对微震事件的"时、空、强"分布特征进行分析,得到微震活动率、能量释放率、连续性指数与日单事件平均能量"四位一体"的岩爆评价指标,确定岩爆可能发生的时间范围及危害程度;其次,通过微震三维定位技术,对可能发生岩爆灾害的危险区域进行圈定,确定岩爆可能发生的空间范围,成功地预测了两段轻微岩爆发生时期及具体发生位置;最后,通过采用高应力卸荷技术和柔性支护技术相结合的岩爆防治措施,将高应力进行阻隔和转移。事实证明:通过合理的岩爆监测手段,采取有效的岩爆防治措施,可以保证深部采场的安全开采。     

煤矿冲击矿压动静载的“应力场–震动波场”监测预警技术

为提高煤矿冲击矿压监测预警的针对性与准确性,基于煤岩破坏的不同裂隙发展阶段与微震、应力、声电等参量响应的关系,建立煤岩冲击破坏的多信息归一化预警力学模型,并将冲击矿压危险分为无、弱、中等与强4个等级。提出动静载叠加诱发冲击矿压的原理,结合弹性波CT成像技术与煤岩震动的微震采集,提出定期反演空间应力场(静载)的"震动波CT"预警方法,选取震动波波速异常和波速梯度异常作为预警指标;基于微震监测,分别构建了时间与空间序列的冲击变形能指数,提出短临预测时空震动场(动载)的"冲击变形能"预警方法;以此,形成了基于时空架构的冲击矿压"应力场–震动波场"综合监测预警技术。该技术在义马矿区和大屯矿区等开展工程应用,实现了冲击矿压危险的时间与空间、定期与短临相结合的分期分级预警,综合预测准确率达到了80%以上。     

气液复合加载的岩爆模型试验研究

 针对现有岩爆模型试验设备及方法存在的不足,采用自主研发的气液复合型岩爆模型试验装置,进行不同应力梯度下的大尺寸岩爆模型试验。通过对试件宏观破坏现象、内部变形规律及声发射特征参数的分析,研究岩爆发生、发展过程及破坏机制。结果表明：岩爆的发生与荷载梯度、能量的集聚程度和破坏时能量的释放速率密切相关,模型荷载梯度差值不一导致局部应力集中程度不同,影响试件破坏前期能量的耗散与集聚及岩爆时刻能量的释放速率,竖向破坏荷载梯度差值越大,局部应力集中程度越高,能量释放速率越快,转化为动能的能量越多,岩爆现象越易发生。模型试件破坏时,顶部竖向最大荷载值 处于与单轴抗压强度 比值为0.5～0.7范围,梯度荷载条件下,动静组合加载是试件破坏荷载降低的主要原因,其试验方法符合工程岩体的实际受荷。     

应用弹性力学原理求解发生岩爆的强度准则

阐述了岩爆是高地应力环境岩石地下空间围岩积聚的应变能突然释放所引起的动力失稳现象,通过对弹性力学原理及强度破坏准则的研究,并借助于弹性力学中平面问题的极坐标解答,从而导出岩爆发生的条件。