不同类型岩爆孕育过程中震源体积自相似分布的分形特征分析

岩爆严重威胁着深部岩体隧洞的施工安全,并造成大量的人员伤亡及财产损失。在深部岩体隧洞岩爆灾害的孕育及发生过程经常伴随一系列的微震事件;通过针对微震事件发生的时间、空间位置、数量多少、能量大小及震源体积分布等特征参数进行分析,有助于认识岩体的破裂机制,进而为岩爆等动力地质灾害的研究与防治提供理论基础。采用理论分析与微震监测相结合的研究手段,基于锦屏Ⅱ级水电站深埋引水隧洞施工过程中大量不同类型（即时性应变–结构面滑移型岩爆、即时性应变型岩爆）、不同等级即时性岩爆的典型案例,针对岩爆孕育及发生的动态过程展开震源体积分布的自相似特征及分形行为研究。结果表明：深部岩体隧洞开挖即时性岩爆孕育过程中的微震源体积分布表现出良好的自相似性,其自相似系数均大于0.97;对于不同类型的即时性岩爆,其微震信息震源体积分形维数均随着岩爆孕育过程不断增加,岩爆发生时达到最大值的特征;应变–结构面滑移型岩爆过程中每天的震源体积分形维数分布在0.1～0.8范围内,应变型岩爆过程中每天的震源体积分形维数分布在0.4～1.3范围内,岩爆发生当天的分形维数均大于1.0。研究成果对高地应力条件下岩爆灾害动态预警体系的建立具有重要的指导意义,同时可为中国深部岩体隧洞开挖过程的安全设计提供必要的科学依据和支撑。     

不同应力状态下北山花岗岩岩爆倾向性研究

为研究不同应力状态下北山花岗岩岩爆倾向性,对北山花岗岩试件进行不同围压下的三轴试验,通过轴向压力和横向变形协调控制加载,获得不同围压下岩石全应力应变曲线,研究岩石破坏前能量聚集及破坏后能量释放特征。结果表明：破坏时弹性能、总能量随着围压增加而增大,且破坏后的总能量变化量及弹性能释放量也随着围压增加而增大。分析岩石储能系数和能量释放指数对岩石破坏的影响,发现岩石储能系数和能量释放指数随围压增加而增大;综合能量储存系数和能量释放指数建立新的岩爆倾向性评价指标,该指标不仅表述了岩石破坏前后各能量的综合变化特征,且能研究不同应力状态下岩石岩爆倾向性;使用该指标研究不同应力状态对北山花岗岩的岩爆倾向性,结果表明：北山花岗岩具有较强的岩爆倾向性,且随着围压增大,岩爆倾向性增加;当围压低于10 MPa时,围压对北山花岗岩岩爆倾向性影响较小,当围压超过10 MPa时,围压对岩爆倾向性的影响突然增加,但随着围压进一步增加,其对岩爆倾向性影响逐渐减弱。     

砂岩双面卸载岩爆过程各向异性特征实验研究

岩爆是深部地下岩石工程中主要的灾害之一,岩爆前兆信息在岩爆预测中至关重要.利用自主研发的岩爆设备和具有水平层理的红砂岩开展了双面卸载应变岩爆实验.利用声发射设备自动采集了实验过程中P波的传播时间,并且计算分析了P波在水平层理方向和垂直层理方向的传播速度.为了找到岩爆的特征前兆信息,将垂直于层理的波速与平行于层理的波速的...     

应变型岩爆的孕育规律和预报防治方法

应变型岩爆是一种严重危害深地下工程施工安全的工程灾害,其影响因素、物理机制、预测预报等一直存在争议。分析了最近的岩爆研究成果和工程实践经验,认为应变型岩爆的发生与工程地质因素、工程环境因素和人为开挖扰动密切相关,对岩爆孕育的强度理论和能量理论进行了评述,分析了应变型岩爆的致灾力学机理,并指出卸载速率对岩爆发生的重要影响和应变型岩爆的拉伸破坏特征,最后对应变型岩爆的预报、防治理论和方法进行了论述。     

基于KPCA-WOA-KELM的岩爆烈度预测

岩爆是隧道开挖中常见的工程地质灾害,为准确预测岩爆烈度,提出基于KPCA-WOA-KELM的岩爆烈度预测模型.首先,根据岩爆烈度影响因素确定岩爆评判指标,并采用核主成分分析(KPCA)对岩爆数据做特征提取,简化模型输入参数的同时充分保留数据特征信息;其次,使用核极限学习机(KELM)拟合评判指标与岩爆烈度间的非线性映射...     

锦屏二级引水隧道软化围岩法防治岩爆效果的数值试验与应用

锦屏二级水电站引水隧洞穿越锦屏山主峰山体,隧洞由于埋深大、高地应力,洞室开挖极易引起岩爆,因此探讨如何有效防治岩爆危害,确保施工安全是当务之急.以该T程为背景,通过数值模拟试验,分析了隧道钻爆法施工中采取喷水软化围岩措施对减弱岩爆或防治岩爆的效果.数值分析表明:围岩喷水软化后,隧道洞周主压应力峰值明显减小,主拉应力值也...     

花岗岩的渐进破坏和数值模拟

研究低侧压下花岗岩的变形后．本文建议用３个特征应力表示花岗岩的渐进破坏，建立了相应判别式，结合扩容本构关系编制了数值模拟程序．结果表明：数值模拟能重现花岗岩的变形特性并揭示其破坏机制．依据特征应力和岩爆情况的相关性．对某工程进行了验算．与实际情况相符．     

基于环向应力岩爆判据的不同级别岩爆区分布的数值模拟研究

为了避免莫尔-库仑和虎克-布朗屈服准则各自的缺陷,采用C＋＋语言对FLAC进行了二次开发,将它们复合在一起,提出了一种弹-脆-塑性的本构模型。采用徐林生及Russense判据（环向应力与单轴抗压强度之比）作为岩爆判据,研究了在不同围压条件下,圆形洞室开挖之后围岩再次平衡时已发生的各种级别岩爆区的分布规律,对严重、中等及...     

岩样单轴压缩破裂问题势函数和平衡方程的讨论

证明了在普通试验机上加载,机身形变um=f（u）/Km和力P作用端位移a=u＋um=u＋f（u）/Km都是岩样形变u的函数.据此,正确写出了以原点为起点试验机-岩样系统的势函数,正确求得岩样有大于零的微形变du（〉0）而系统处于准静态时的平衡方程.由此平衡方程导得的系统动力失稳起始点j和终止点s的位置,可以返回到岩样荷载-形变曲线上,在这两点处的曲线斜率f′（uj）,f′（us）相同,它们的绝对值等于机身刚度Km,由此得到的f′（uj）＋Km=0即为岩样失稳的Cook刚度判据.以岩样形变u为变量,给出机身弹性应变能变化率曲线,用解析与几何方式阐明了岩样动力失稳瞬间试验机释放的应变能量值.     

推荐一种测定材料损伤因子和损伤应变能释放率的简单方法

损伤因子D和损伤应变能释放率Y是损伤力学中的两个重要参量。本文将Lemaitre的应变等价性假设应用于纯剪切的情况,导出了D和Y的相应表达式,以此作为用薄壁圆筒扭转测D和Y的理论依据。文中以35号钢为材料,测出其相应的Dc和Yc。     

Fountain rockburst and inductive rockburst

Ａｎｕｍｂｅｒｏｆｒｏｃｋｂｕｒｓｔｓｈａｖｅｏｃｃｕｒｒｅｄｉｎｍａｎｙｃｏｕｎ ｔｒｉｅｓｓｉｎｃｅ 1738ｔｈｅｆｉｒｓｔｒｏｃｋｂｕｒｓｔｔｏｏｋｐｌａｃｅｉｎＥｎｇｌａｎｄ .ＩｎＣｈｉｎａ ,ｔｈｅｆｉｒｓｔｒｏｃｋｂｕｒｓｔｔｏｏｋｐｌａｃｅｉｎＳｅｎｌｉＭｉｎｅｏｆＦｕｓｈｕｎＭｉｎｉｎｇＩｎｄｕｓｔｒｙＢｕｒｅａｕｉｎ 1933.Ｓｉｎｃｅｔｈｅｎｍａｎｙｒｏｃｋｂｕｒｓｔｓｈａｖｅｏｃｃｕｒｒｅｄｉｎ 32ｃｏａｌｍｉｎｅｓ ,ａｎｄｔａｋｅｎｐｌａｃｅｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｆｔｈｅｃ…     

Influence of deviatoric stress on rockburst occurrence:An experimental study

As mining delves deeper into the crust, it is necessary to investigate the complex rock responses associated with higher stress gradients. Therefore, it is essential to better understand the mechanisms associated with the rockburst phenomenon. However, due to the large-scale and difficult monitoring of real mining excavations, laboratory scale tests must be utilised to determine the conditions conducive to burst. To this end, this research focuses on the implementation of a new rockburst testing apparatus to replicate the stress conditions of a rock mass excavation at the time of bursting. This apparatus allows the determination of rockburst stresses and a relationship between deviatoric stress and in-situ pressure/depth. Using this relationship it is then possible to estimate the standardised stress levels for a certain rock type which might lead to rockburst occurrence. Furthermore, it is demonstrated that with increasing in-situ pressure, the likelihood(measured as a lower differential stress) and the extent(indicated by the increasing range of deviatoric stress) of rockburst increases. These findings provide valuable information about the conditions necessary for bursting in deep mining.     

锦屏二级水电站施工排水洞岩爆数值模拟

岩爆是一种极为复杂的动力失稳现象.在深埋隧洞的勘察设计和施工过程中,高地应力及其诱发的频繁岩爆,是影响隧道洞室稳定的重要因素之一.作为四川雅砻江锦屏二级水电站的重要的临时工程,施工排水洞在进入埋深1600m后就发生多次岩爆, 严重制约了工程的进展,为了研究岩爆发生机理与高地应力之间的关系以及更好地预测岩爆在隧洞内发生的位置,运用渐进破坏过程数值分析软件RFPA(realistic failure process analysis)对施工排水洞进行初步的应力分析,得出与现场实测相吻合的初始地应力拟合曲线.同时,隧洞开挖引起应力重分布而产生的围岩破坏的数值模拟也很好的印证了现场发生的岩爆情况,表明基于渐进破坏过程数值分析的RFPA可以真实地模拟高地应力下岩爆机理.     

Characteristics of rockburst and its mining technology in mines

In order to resolve how to mine under the condition of high stress with rockburst, this paper analyzes the law of rockburst, and considers that most of the rockbursts occur in the high stress area of stope. A method of rockburst forecast and its steps are given, and three different stages of rockburst are identified. Furthermore, this paper considers that blasting energy can effectively control rockburst by changing the characteristics of rock mass, which decreases the probability of rockburst happening. According to characteristics of rockburst, two feasible mining techniques under rockburst conditions are put forward, that is stoping-and-filling method, and sublevel caving method of mining without any sills in hanging wall.     

岩爆动力学机理及其控制研究进展

岩爆是深埋隧洞开挖过程中发生的一种强烈的、具有破坏性和危险性的工程地质灾害.随着中国经济的快速发展,在水电、交通等领域遇到的深埋隧洞开挖问题越来越多,岩爆的影响日益显著.从动力扰动对岩爆孕育的影响、岩爆能量释放及耗散等2方面对岩爆的动力学机理进行了梳理;从室内动力试验、现场模拟试验、数值实验等3个方面总结了国内外的岩爆动力学试验;从微震监测、岩爆诱发振动的特性等2个方面归纳了岩爆动力效应监测与预报;提出应力解除爆破、控制应变能释放率、控制开挖动力扰动、柔性支护等4类基于岩爆动力机制的岩爆防治措施.并对岩爆过程的能量分配与控制、现场岩爆试验及岩爆预测进行了讨论与展望.     

断层影响下冲击地压多参量预测预报研究

针对深部冲击地压发生机理的复杂性及日趋严重性,在考虑断层活化影响下,提出冲击地压多参量预测预报理论并成功应用于义马跃进煤矿的冲击地压预报,为今后深部构造影响下冲击地压的预测预报提供了参考．     

锦屏二级水电站施工排水洞岩爆机理及特征分析

为探究不同开挖扰动下深埋大理岩渐进破坏特征,利用RFPA^3D对深部大理岩开展常规三轴加载、恒轴压卸围压、加轴压卸围压3种不同应力路径下的渐进破坏试验,提出基于能量指标的渐进破坏阶段划分方法,并分析其对应特征应力阈值、特征能量变化规律,最终完成岩爆指标R_e、脆性指标B_e的优化讨论,以期为深部地下工程勘察设计、地下能源开采提供一定的理论支撑。研究表明：不同应力路径下深部大理岩峰值强度、峰值应变虽有不同,但均随围压、卸荷应力水平增大而增大,弹性应变能从最初的线性增长到增长速率逐渐减小直至最后趋于稳定,耗散能则由缓慢增长向线性快速增长变化;引入弹性能增长率k_e、耗散能增长率k_d能够合理、准确界定深部大理岩渐进破坏4阶段;不同应力路径下,特征应力具有明显的围压效应,相同围压下,卸载特征应力均小于常规三轴加载;对应特征能量随围压、卸荷应力水平增大而增加,弹性能、耗散能的对应力路径敏感性存在差异;岩爆倾向性指标R_e、脆性指标B_e呈正相关性,且随着围压增大卸荷应力水平增高,岩爆发生的可能性随之递减。本研究可为相关研究提供参考。

     

Fractal characteristics of cracks and fragments generated in unloading rockburst tests

True triaxial rockburst experiments with four different unloading rates were performed on four prism specimens of granite sampled from Beishan, China. The damage evolution in the rockburst test was inv...     

Microcrack analysis of Sanya grantite fragments from rockburst tests

Fractures running along a plane reflect the cracking progress.In this paper uniaxial and rockburst tests on a group of granite specimens from Sanya province are described.Scanning electron microscopic imaging was used to characterize the fragments.Fractal fracture mechanics were used to analyze the microcracks in terms of both the crack type and the mineral constituent.A statistical analysis showed that the area of inter-granular cracking exceeds that of intra-granular cracking.Several types of crack were observed in the cracked areas.The percentage of intra-granular cracks in fragments from rockburst tests exceeds that from uniaxial compression tests.The results also showed that feldspar deformation was the main cause of fracture and that the consolidation along quartz grain boundaries was another weak area in the granite.Cracking along quartz grains had enough energy to enter the quartz crystal in the rockburst samples.All these results contribute to further research on rockburst mechanics.     

煤矿强矿压预防技术应用研究

在分析综合指数法、钻屑法和电磁辐射法等矿压预测危险性分级方法特点的基础上,提出了将这3种方法有机结合形成的矿压预测预报技术体系.这3种方法互为补充,能够减少强矿压预测预报的盲目性及误报和漏报现象:电磁辐射法作业过程简单,可在因无法钻孔的钻屑法预测预报盲区实施监测,减少漏报;钻屑法能够对因电缆干扰出现较高电磁辐射信号时电磁辐射法的误报进行纠正.此体系可实现对强矿压的有效预测预报,从而保证煤矿安全生产.