雙軸受壓花崗巖觸發(fā)型巖爆試驗(yàn)研究.pdf

1、巖爆是高地應(yīng)力條件下的一種劇烈的巖石動(dòng)力破壞現(xiàn)象。在深部高地應(yīng)力條件下，工程開挖擾動(dòng)常常誘發(fā)嚴(yán)重的巖爆破壞。巖爆的發(fā)生通常伴隨著巖石碎塊高速猛烈彈射、拋出以及大量的能量釋放，會給施工人員生命、施工設(shè)備安全以及工程進(jìn)度帶來嚴(yán)重的威脅。因此，對脆性巖石的巖爆進(jìn)行研究是十分有必要的。此外，在實(shí)際工程中，很大一部分巖爆是由開挖爆破、機(jī)械鉆鑿、地震波等動(dòng)力擾動(dòng)荷載誘發(fā)的。對于水工隧洞洞室群之間的邊墻、礦山的頂拱及底板等特殊結(jié)構(gòu)處的花崗巖巖體常處于

2、雙向受壓的狀態(tài)，在動(dòng)力擾動(dòng)荷載作用下很容易誘發(fā)巖爆破壞。因此，有必要開展雙軸受壓花崗巖在不同動(dòng)力擾動(dòng)荷載作用下誘發(fā)巖爆的試驗(yàn)研究。
　　本文利用自主研發(fā)的巖爆試驗(yàn)系統(tǒng)，采用長方體花崗巖為巖石試件，開展了二維動(dòng)靜組合巖爆試驗(yàn)，模擬了雙向受壓狀態(tài)下不同擾動(dòng)荷載誘發(fā)巖爆的全過程，研究了不同動(dòng)力擾動(dòng)荷載對巖爆的影響。采用變形測試系統(tǒng)、聲發(fā)射系統(tǒng)、高速攝像系統(tǒng)等技術(shù)手段，對試驗(yàn)過程進(jìn)行全方位、多角度的監(jiān)測。對比分析了不同動(dòng)力擾動(dòng)荷載誘發(fā)巖爆

3、及自發(fā)型巖爆的彈射過程和彈射動(dòng)能、破壞形態(tài)、變形和損傷特性、聲發(fā)射特征。試驗(yàn)結(jié)果表明:
　　(1)動(dòng)力擾動(dòng)荷載對巖爆的強(qiáng)烈程度有重要影響。豎向靜應(yīng)力為110MPa時(shí)，強(qiáng)擾動(dòng)荷載作用下巖爆的彈射動(dòng)能是中擾動(dòng)荷載作用下的7.6倍，弱擾動(dòng)荷載沒能觸發(fā)巖爆的發(fā)生，彈射動(dòng)能接近于0。豎向靜應(yīng)力為179MPa時(shí)，弱擾動(dòng)巖爆的彈射動(dòng)能高于自發(fā)型巖爆的彈射總動(dòng)能，這說明靜應(yīng)力水平和動(dòng)力擾動(dòng)荷載強(qiáng)度越高，巖爆越容易被動(dòng)力擾動(dòng)觸發(fā)，被觸發(fā)巖爆的彈射動(dòng)

4、能越大。
　　(2)巖石的破壞形態(tài)特征受動(dòng)力擾動(dòng)荷載的影響較大。自發(fā)型巖爆后母巖較為完整，裂紋細(xì)短;強(qiáng)擾動(dòng)荷載下的母巖發(fā)生強(qiáng)烈的剪切破壞;弱擾動(dòng)荷載下的母巖底部張拉、剪切裂紋完全貫通;中擾動(dòng)荷載下的母巖發(fā)生嚴(yán)重膨脹，中部張拉、剪切裂紋完全貫通。這說明動(dòng)力擾動(dòng)荷載越強(qiáng)，巖爆后母巖的破壞程度越嚴(yán)重。此外，通過對比彈射碎塊的特征，可以知道擾動(dòng)荷載能夠促進(jìn)豎向裂紋的發(fā)育。
　　(3)動(dòng)力擾動(dòng)荷載對試件發(fā)生巖爆破壞前豎向累積應(yīng)變有明顯

5、影響。豎向靜應(yīng)力為110MPa時(shí)，強(qiáng)擾動(dòng)荷載作用下試件的豎向應(yīng)變大于弱擾動(dòng)荷載作用下的，小于中擾動(dòng)荷載作用下的，這說明擾動(dòng)荷載的強(qiáng)弱可以影響巖石發(fā)生破壞時(shí)的累積變形，且較強(qiáng)的擾動(dòng)荷載更容易導(dǎo)致巖石產(chǎn)生更大的累積變形。豎向靜應(yīng)力為179MPa時(shí)，弱擾動(dòng)荷載作用下巖爆試件的豎向應(yīng)變明顯高于豎向靜應(yīng)力為110MPa時(shí)弱擾動(dòng)荷載作用下試件的豎向應(yīng)變，即初始靜應(yīng)力的提高有助于巖石累積變形的增大。對比自發(fā)型巖爆和弱擾動(dòng)觸發(fā)巖爆可知，前者的豎向應(yīng)變小

6、于后者，這說明在高應(yīng)力條件下，即使微弱的擾動(dòng)荷載也能使巖石產(chǎn)生更大的累積變形。
　　(4)動(dòng)力擾動(dòng)荷載可以影響巖石的聲發(fā)射特性。豎向靜應(yīng)力為110MPa時(shí)，強(qiáng)擾動(dòng)荷載作用下試件的聲發(fā)射絕對能量累積最大值低于中擾動(dòng)荷載作用下試件的聲發(fā)射絕對能量累積最大值，這表明巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷程度前者較后者要低，而前者的巖爆強(qiáng)度最大，由此說明低的能量耗散是誘發(fā)強(qiáng)烈?guī)r爆的基本條件之一，而動(dòng)力擾動(dòng)荷載越強(qiáng)被觸發(fā)的巖爆強(qiáng)烈程度越大。豎向靜應(yīng)力為179M