隧洞軸向動(dòng)力擾動(dòng)遠(yuǎn)程觸發(fā)巖爆的真三軸試驗(yàn)研究.pdf

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

2、。
　　因此，為深入理解遠(yuǎn)程觸發(fā)型巖爆現(xiàn)象，利用一種新的真三軸試驗(yàn)機(jī)，采用“單面臨空、五面施加靜載、一側(cè)施加動(dòng)力擾動(dòng)荷載”的加載技術(shù)，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(yīng)力、軸向應(yīng)力、徑向應(yīng)力以及動(dòng)力荷載幅值和頻率對(duì)遠(yuǎn)距觸發(fā)巖爆影響的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)中，利用高速攝像機(jī)系統(tǒng)、數(shù)字影像運(yùn)動(dòng)分析軟件、變形測試系統(tǒng)等手段，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了多維度分析，包括巖爆發(fā)生情況、彈射破壞過程、擾動(dòng)時(shí)間、應(yīng)力

3、、應(yīng)變、巖爆碎塊粒徑分布、母巖破壞形態(tài)和彈射動(dòng)能等。最后，對(duì)此類巖爆發(fā)生的能量機(jī)制進(jìn)行了討論。研究結(jié)果表明:
　　1、足夠的Z向靜應(yīng)力、動(dòng)力擾動(dòng)幅值和頻率是隧洞軸向動(dòng)力擾動(dòng)觸發(fā)型巖爆發(fā)生的三個(gè)基本條件。在其他荷載參數(shù)不變的情況下，隨著Z向靜應(yīng)力、軸向動(dòng)力擾動(dòng)荷載的幅值或頻率的增大，巖爆孕育時(shí)間越短，巖爆所需的擾動(dòng)時(shí)間越短，所需的Z向應(yīng)變?cè)鲩L量越小，巖爆發(fā)生時(shí)碎塊彈射動(dòng)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。總

4、的來看，Z向靜應(yīng)力、動(dòng)力擾動(dòng)幅值或頻率越高，巖爆越易被觸發(fā)。
　　2、X向靜應(yīng)力的大小對(duì)遠(yuǎn)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(yīng)力越大，巖樣的承載能力越高，巖爆孕育時(shí)間越長，巖爆所需的擾動(dòng)時(shí)間越長，所需要的Z向應(yīng)變?cè)鲩L量越大，巖爆發(fā)生時(shí)碎塊彈射動(dòng)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(yán)重。越不容易發(fā)生巖爆，總的來看，X向靜應(yīng)力越高，巖爆越不易被觸發(fā)。
　　

5、3、Y向靜應(yīng)力的大小對(duì)遠(yuǎn)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(yīng)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(dòng)時(shí)間越長，巖爆發(fā)生時(shí)碎塊彈射動(dòng)能越小，巖爆發(fā)生后的巖樣破壞程度越輕。不同Y向靜應(yīng)力下的動(dòng)力擾動(dòng)觸發(fā)型巖爆的孕育時(shí)間、所需的Z向應(yīng)變?cè)鲩L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(yīng)力越高，巖爆越不易被觸發(fā)。
　　4、遠(yuǎn)程觸發(fā)型巖爆的彈射破壞過程可概括為