城市闹市区物探技术和岩溶探查的进展及隧道施工时岩爆预报技术的突破

在城市闹市区的物探工作受到人、车等的振动和地电、电磁波的强烈干扰,因此目前物探难以在地铁及其他城市勘查中做面积性工作。陆地声呐法和微分电测深及C-1微测深仪在北京、济南、广州等闹市区的浅层勘查中取得了突破。探查单个中小溶洞是地质勘探的难题之一,在多处用陆地声呐等方法探查几十米深、直径1 m以上的溶洞,并得到了大量钻孔的验证,难关亦已突破。针对国际岩石力学界的重点研究难题——高应力情况下开挖地下工程发生的岩爆机理和预报,在四川锦屏二级电站用微震监测和陆地声呐法相结合监测微震事件密集发生部位、探查岩爆源位置进行岩爆预报,取得了好的效果和进展。     

岩爆类型及其防治

本文将在水电洞室、交通隧洞、矿山坑道岩体或矿体中发生的急剧猛烈释放弹性变形能的动力破坏现象统称为岩爆。在讨论岩爆与其他动力现象之间的区别和岩爆含义基础上,按照地应力作用方式,将其分为水平应力型、垂直应力型以及混合应力型3种主要类型,并分别讨论了各类岩爆的具体特征以及防治措施。     

断层作用下深部开采诱发冲击地压相似试验研究

以典型断层型冲击地压矿井为例,采用相似材料模拟试验方法,基于覆岩空间结构失稳与断层活化耦合致灾原理,分析了巨型逆冲断层下盘煤层开采采场覆岩运动过程、工作面倾向支承压力及断层面的应力变化规律,研究了巨型逆冲断层影响下巨厚坚硬顶板易冲击煤层冲击地压显现特征。试验结果表明：煤层开采诱发巨型逆冲断层冲击灾变过程分为3阶段：第1阶段,受煤层采动影响,上覆岩层发生空间运动,煤体中形成明显高应力集中区;第2阶段,覆岩多层空间结构演化诱发断层活化,断层活化导致空间结构外部岩体回转,给空间结构施加外部载荷,造成空间结构失稳加剧,煤岩体的应力激增,影响范围扩大;第3阶段,断层滑移释放能量,提供动载荷。根据应力监测数据变化规律,划分了逆冲断层的明显影响区域,研究结果为断层影响下煤层开采的防冲策略与设计提供可靠依据。     

虹梯关隧道围岩岩爆分析

虹梯关隧道隧址围岩以硬质岩为主,该隧道属特长深埋隧道,其附近地质构造也十分发育,工程地质条件复杂,发生岩爆可能性很大。通过对岩爆影响因素的分析,采用水压致裂法地应力测试,经陶振宇判别法、切应力准则等应力判断方法,认为虹梯关隧道隧址部分地段可能会发生轻微～中等岩爆。     

抛掷型岩爆震源体能量动态释放机制与几何尺度特征

为了进一步理解岩爆的机制并解释岩爆发生的过程,通过对抛掷型岩爆能量来源、去处及大小的分析,提出了抛掷型岩爆的震源两体模型。抛掷型岩爆本质上是释能体-岩爆体相互作用下岩石裂纹动态扩展和能量快速释放的过程。从岩爆体张拉断裂机制出发,采用脆性内聚裂纹阵列扩展动力学模型分析了裂纹间距与应变率对岩爆体能量释放速率的影响。据此得出释能体对岩爆体的作用可归结为应变率效应,释能体能量释放速率越大,对岩爆体的动态加载速率就越大,使得岩爆体能量释放速率加快。岩爆体破裂能量释放速率越大,作用于释能体的动态卸载速率就越大,又使得释能体的能量释放速率增大,两体相互作用形成的动态加、卸载效应构成了岩爆能量释放的正反馈机制。基于上述理论推导得出岩爆震源体的几何尺度是岩爆体的几倍到几十倍,理论结果与现场实际监测分析基本吻合。