隧洞軸向動力擾動遠程觸發(fā)巖爆的真三軸試驗研究.pdf

1、巖爆是一種高地應力地區(qū)由于地下工程開挖引起的圍巖動態(tài)彈射性破裂的現(xiàn)象。根據(jù)巖爆的觸發(fā)機制，可將巖爆分為自發(fā)型和遠程觸發(fā)型。遠程觸發(fā)型巖爆指開挖卸荷后，應力調(diào)整平衡后的高靜應力巖體，在爆破、機械振動、巖爆產(chǎn)生的應力波、地震波等動力擾動作用下發(fā)生的動態(tài)破壞現(xiàn)象。通常，沿著洞軸方向傳播的掌子面爆破動力波觸發(fā)的巖爆最為常見。由于遠程觸發(fā)型巖爆發(fā)生的時間和空間都有很強的隨機性，較難進行準確的預測和預報，易造成較為嚴重的工程安全事故和巨大的經(jīng)濟損失

2、。
　　因此，為深入理解遠程觸發(fā)型巖爆現(xiàn)象，利用一種新的真三軸試驗機，采用“單面臨空、五面施加靜載、一側施加動力擾動荷載”的加載技術，采用立方體花崗巖巖樣模擬了此類巖爆孕育的全過程，并開展各種影響因素包括隧洞的切向應力、軸向應力、徑向應力以及動力荷載幅值和頻率對遠距觸發(fā)巖爆影響的試驗研究。試驗中，利用高速攝像機系統(tǒng)、數(shù)字影像運動分析軟件、變形測試系統(tǒng)等手段，對試驗結果進行了多維度分析，包括巖爆發(fā)生情況、彈射破壞過程、擾動時間、應力

3、、應變、巖爆碎塊粒徑分布、母巖破壞形態(tài)和彈射動能等。最后，對此類巖爆發(fā)生的能量機制進行了討論。研究結果表明:
　　1、足夠的Z向靜應力、動力擾動幅值和頻率是隧洞軸向動力擾動觸發(fā)型巖爆發(fā)生的三個基本條件。在其他荷載參數(shù)不變的情況下，隨著Z向靜應力、軸向動力擾動荷載的幅值或頻率的增大，巖爆孕育時間越短，巖爆所需的擾動時間越短，所需的Z向應變增長量越小，巖爆發(fā)生時碎塊彈射動能越大，巖爆發(fā)生后的巖樣破壞程度越大，彈射碎塊的破碎程度越小?？?/p>

4、的來看，Z向靜應力、動力擾動幅值或頻率越高，巖爆越易被觸發(fā)。
　　2、X向靜應力的大小對遠程觸發(fā)型巖爆的發(fā)生具有重要影響。在其他荷載參數(shù)不變的情況下，在50MPa范圍內(nèi)的X向靜應力越大，巖樣的承載能力越高，巖爆孕育時間越長，巖爆所需的擾動時間越長，所需要的Z向應變增長量越大，巖爆發(fā)生時碎塊彈射動能越小，巖爆發(fā)生后的巖樣破壞程度越輕，彈射碎塊的破碎程度越嚴重。越不容易發(fā)生巖爆，總的來看，X向靜應力越高，巖爆越不易被觸發(fā)。
　　

5、3、Y向靜應力的大小對遠程觸發(fā)型巖爆的發(fā)生具有重要影響。在其他荷載參數(shù)不變的情況下，在10MPa范圍內(nèi)的Y向靜應力越大，巖樣的承載能力越高，越不容易發(fā)生巖爆，巖爆所需的擾動時間越長，巖爆發(fā)生時碎塊彈射動能越小，巖爆發(fā)生后的巖樣破壞程度越輕。不同Y向靜應力下的動力擾動觸發(fā)型巖爆的孕育時間、所需的Z向應變增長量和彈射碎塊的破碎程度變化規(guī)律不明顯?？偟膩砜?，Y向靜應力越高，巖爆越不易被觸發(fā)。
　　4、遠程觸發(fā)型巖爆的彈射破壞過程可概括為