隧洞轴向动力扰动远程触发岩爆的真三轴试验研究

发布时间：2017-12-09 04:24

  本文关键词：隧洞轴向动力扰动远程触发岩爆的真三轴试验研究

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【摘要】：岩爆是一种高地应力地区由于地下工程开挖引起的围岩动态弹射性破裂的现象。根据岩爆的触发机制,可将岩爆分为自发型和远程触发型。远程触发型岩爆指开挖卸荷后,应力调整平衡后的高静应力岩体,在爆破、机械振动、岩爆产生的应力波、地震波等动力扰动作用下发生的动态破坏现象。通常,沿着洞轴方向传播的掌子面爆破动力波触发的岩爆最为常见。由于远程触发型岩爆发生的时间和空间都有很强的随机性,较难进行准确的预测和预报,易造成较为严重的工程安全事故和巨大的经济损失。因此,为深入理解远程触发型岩爆现象,利用一种新的真三轴试验机,采用“单面临空、五面施加静载、一侧施加动力扰动荷载”的加载技术,采用立方体花岗岩岩样模拟了此类岩爆孕育的全过程,并开展各种影响因素包括隧洞的切向应力、轴向应力、径向应力以及动力荷载幅值和频率对远距触发岩爆影响的试验研究。试验中,利用高速摄像机系统、数字影像运动分析软件、变形测试系统等手段,对试验结果进行了多维度分析,包括岩爆发生情况、弹射破坏过程、扰动时间、应力、应变、岩爆碎块粒径分布、母岩破坏形态和弹射动能等。最后,对此类岩爆发生的能量机制进行了讨论。研究结果表明：1、足够的Z向静应力、动力扰动幅值和频率是隧洞轴向动力扰动触发型岩爆发生的三个基本条件。在其他荷载参数不变的情况下,随着Z向静应力、轴向动力扰动荷载的幅值或频率的增大,岩爆孕育时间越短,岩爆所需的扰动时间越短,所需的Z向应变增长量越小,岩爆发生时碎块弹射动能越大,岩爆发生后的岩样破坏程度越大,弹射碎块的破碎程度越小。总的来看,Z向静应力、动力扰动幅值或频率越高,岩爆越易被触发。2、X向静应力的大小对远程触发型岩爆的发生具有重要影响。在其他荷载参数不变的情况下,在50MPa范围内的X向静应力越大,岩样的承载能力越高,岩爆孕育时间越长,岩爆所需的扰动时间越长,所需要的Z向应变增长量越大,岩爆发生时碎块弹射动能越小,岩爆发生后的岩样破坏程度越轻,弹射碎块的破碎程度越严重。越不容易发生岩爆,总的来看,X向静应力越高,岩爆越不易被触发。3、Y向静应力的大小对远程触发型岩爆的发生具有重要影响。在其他荷载参数不变的情况下,在10MPa范围内的Y向静应力越大,岩样的承载能力越高,越不容易发生岩爆,岩爆所需的扰动时间越长,岩爆发生时碎块弹射动能越小,岩爆发生后的岩样破坏程度越轻。不同Y向静应力下的动力扰动触发型岩爆的孕育时间、所需的Z向应变增长量和弹射碎块的破碎程度变化规律不明显。总的来看,Y向静应力越高,岩爆越不易被触发。4、远程触发型岩爆的弹射破坏过程可概括为颗粒弹射、劈裂成板、剪切成块、板折弹射等四个阶段。5、动力扰动过程中岩样损伤随时间演化呈现先快速增长、然后稳速增长和最后高速增长的变化规律,扰动过程中不断累积的损伤造成岩样极限存储能逐渐降低,当岩样的弹性应变能与极限存储能之间形成一定差值时,部分剩余弹性应变转化为岩石碎块的弹射动能,从而导致岩爆的发生。
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU45

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本文编号：1269081