氣液復合加載的巖爆模型試驗研究.pdf

1、巖爆研究一直是巖石力學學科研究的熱點和難點。本文在分析“擾動”巖爆發(fā)展過程及機理的基礎上，利用改進的氣液復合式巖爆模型試驗裝置，進行不同應力梯度下的動靜組合加載方式的巖爆模型試驗，對試件宏觀破壞、內部的變形、聲發(fā)射特征參數(shù)及巖爆烈度進行分析，系統(tǒng)研究巖爆破壞機理。
　　本研究主要內容包括：⑴結合“擾動”巖爆發(fā)展過程，分析、總結巖爆“擾動”理論，即巖爆的發(fā)生要經(jīng)過早期的靜載孕育、動力擾動觸發(fā)巖爆、周圍巖體對“巖爆體”進行能量補充以及

2、動力補充使巖體發(fā)生撕裂、猛烈拋擲等現(xiàn)象而產生巖爆現(xiàn)象。⑵通過室內試驗對石膏模型試件進行了不同合模材料的試驗研究，結合合模試件宏觀破壞形態(tài)、應力應變、聲發(fā)射參數(shù)與時間的關系等，選取快干水泥作為脆性石膏試件的合模材料，克服常規(guī)合模材料膠結性強，人為增強了中間粘結部位的強度和韌性，導致試件破壞失真的缺點。根據(jù)小試件在不同荷載下的應力應變關系及聲發(fā)射特征參數(shù)的變化規(guī)律，模型試驗時可先施加頂部荷載至單軸抗壓強度的40％，再施加圍壓，可促進頂部荷載

3、向底部傳遞，一定程度上減小試件側向邊界摩擦的影響。⑶利用氣液復合型巖爆模型裝置，進行了不同梯度荷載下動靜組合加載的巖爆模型試驗，結果表明：試件破壞時頂部豎向最大破壞荷載值σ（相當于隧道臨空面切向應力）處于σ/R??=0.5-0.7，梯度荷載下動靜組合加載是使試件破壞強度降低的主要原因，其試驗方法更為符合工程巖體的實際受荷。⑷巖爆的發(fā)生及烈度與三因素有關：一是能量的集聚程度，豎向破壞荷載梯度差值越大，局部應力集中程度越高，巖爆現(xiàn)象越易發(fā)生

4、，巖爆烈度越高；二是破壞時能量的釋放速率，局部應力集中程度越高，能量釋放速率越快，轉化為動能的能量越多，巖爆現(xiàn)象越易發(fā)生，巖爆烈度越高；三是外推水平應力?！巴馔扑搅Α翱杉皶r補充巖爆體的能量和動能，加快破壞時能量的釋放速率，大幅提高巖爆烈度。⑸試件荷載梯度差值不一導致局部應力集中程度不同，決定單通道能量值的大小，影響試件前期能量的耗散、能量的集聚及巖爆時刻能量的釋放速率，反映巖爆烈度，因此采取均布加載的小尺寸試件實現(xiàn)巖爆現(xiàn)象，有一定局限