微重力方法在岩爆预测中的应用

一、引言岩爆是地下工程中一种突然而猛烈的岩石爆裂现象.在地下工程的开挖过程中,围岩有时会突然释放能量,造成岩石脆性破坏或将大小不等的岩石喷射出来.据历史记载,岩爆现象发现于上世纪末或本世纪初.当时,世界上一些重要的矿区,     

岩爆形成机理研究

提要 本文根据硬质脆性岩石中已开隧道中的岩爆实例，系统论述了岩爆断面、弹射岩块的几何形态特征，岩爆的一般力学和动力学特征以及声学特征，时空效应等。提出了岩爆洞室横断面上的破坏分带为弹射带、劈裂、剪切带、劈裂带；     

滇藏铁路丽江玉峰寺隧道围岩岩爆刚度判据

从最小能量原理出发,探讨隧道围岩岩爆的刚度判据问题,并应用于滇藏铁路玉峰寺隧道工程。在滇藏铁路玉峰寺隧道代表性围岩岩样全应力应变刚压实验分析的基础上,结合地应力测量资料和数值模拟,分析玉峰寺隧道3种岩性不同围压条件下的变形破坏过程,得到隧道塑性破坏岩体和弹性岩体的刚度曲线,利用刚度判据,分析评价玉峰寺隧道3类岩体发生岩爆的危险性,玄武岩岩爆烈度最高,灰岩次之,砂岩最低,为隧道工程设计提供了参考依据。     

循环扰动和高温作用下砂岩的岩爆倾向性及破坏特征研究

为了揭示循环扰动和高温影响下砂岩的岩爆机制,开展了循环扰动和高温作用下砂岩单轴压缩试验和CT扫描试验,研究了不同条件下砂岩的力学特性、岩爆倾向性及破坏特征,探讨了岩爆倾向性与破坏特征的关系。研究结果表明：循环扰动和高温对砂岩的力学性能及岩爆倾向性影响效果显著;无循环扰动砂岩的单轴抗压强度、弹性模量及岩爆倾向性随温度的升高呈先增加后降低的趋势,200℃为该类砂岩的阈值温度,受循环扰动砂岩的力学特性及岩爆倾向性随温度的上升而降低;而砂岩的力学特性及岩爆倾向性随循环应力幅值增加而下降;随着循环应力幅值和温度的增加,砂岩破坏模式由劈裂破坏向剪切破坏转变,同时砂岩的岩爆倾向性与裂隙三维分形维数呈良好的负相关关系;此外,高温对砂岩的力学性能、岩爆倾向性及破坏程度影响效果强于循环扰动。研究结果可为高温工程岩爆防治提供理论依据和工程参考价值。     

基于地应力和岩体强度的岩爆预判

工程中预判岩爆传统方法以岩石强度为基础,但实际岩爆发生更多取决于岩体结构及岩体强度。本研究以我国西部某铁路隧道工程岩爆为背景,岩体强度使用广义Hoek-Brown准则来计算,根据岩爆发生实际情况提出了基于岩体强度-最大地应力比的岩爆预判改进方法,将实际岩爆发生情况、传统方法预判结果与改进方法预判结果进行了对比。结果表明,使用广义Hoek-Brown准则计算的岩体强度,可以很好考虑岩石类型和强度、施工情况、岩体结构特征;基于岩石强度-最大地应力比的岩爆预判结果与实际情况有较大差别,但基于岩体强度-最大地应力比的岩爆预判结果与岩爆发生实际情况基本一致;使用最大地应力和岩体强度预判岩爆时,轻微、中等、强烈、剧烈岩爆对应的岩体强度-最大地应力比范围分别为>0.15、0.07~0.15、0.02~0.07、<0.02。研究结果对高地应力区隧道工程施工、岩爆防治措施确定都具有重要的参考价值。     

不同围压条件下的圆形巷道岩爆过程模拟

利用FLAC模拟了不同围压条件下圆形巷道的岩爆过程。为了模拟巷道开挖,利用编写的FISH函数删除巷道内部的单元。岩石服从摩尔库仑剪破坏与拉破坏复合的破坏准则,破坏之后呈现应变软化-理想塑性行为。模拟结果表明：当围压较低时,剪切应变集中区域呈圆环状,围岩能保持稳定,不出现剪切带;当围压增加到一定程度时,围岩中出现了“狗耳”形的V形坑,发生岩爆,但围岩也还能保持稳定;当围压进一步增加时,围岩中出现了多条狭长的剪切带,巷道的整个断面均遭到了破坏,发生强烈的岩爆。随着围压的增加,V形岩爆坑变大、变深,剪切带花样的对称性变差;在高围压时,剪切带花样与塑性力学中的滑移线网有类似之处。     

岩爆等级判定的距离判别分析方法及应用

将距离判别分析方法应用于岩爆等级判定问题。选用洞室围岩最大的切向应力σθ、岩石单轴抗压强度σc、抗拉强度σt、岩石弹性能量指数Wet作为岩爆等级判定的距离判别分析模型判别因子,以工程中实际岩爆情况及数据作为训练样本,进行分析计算,建立岩爆等级判定的距离判别分析模型。运用该分析模型对国内外工程实际岩爆情况进行判定,判别结果与工程实际完全相符。将该模型应用到诸（暨）永（嘉）高速公路括苍山隧道工程的岩爆情况预测中,判别结果与实际情况相符。研究表明,岩爆等级判定的距离判别分析方法,判别能力强,误判率低,是解决岩爆等级判定的一条有效途径。     

南水北调西线第一期工程调水区水压致裂地应力测量及其工程意义

本文介绍了水压致裂地应力测量原理和方法及其在南水北调西线工程中的应用。在调水工程沿线测得主应力大小、方向,并分析了其相互关系和分布规律。结果表明现今地壳应力场水平主应力占主导地位,属逆断层状态,且σ_Hmax/σ_V较大,属于构造影响强烈地区,主压应力方向总体呈NE向,与区域构造线呈锐角相交,是造成区域大多数断裂压扭左行运动的主要动力。进一步分析了深埋隧道发生岩爆灾害的可能性,为南水北调西线工程各引水线路的优化设计和隧道灾害防治提供了可靠资料。      

基于反分析赋权方法的岩爆预测云模型研究

为了综合考虑岩爆预测实践中的随机性与模糊性,云模型理论被引入到岩爆预测方法中。然而现有岩爆预测云模型的指标权重值在客观性和准确性方面尚需提高,为此本文提出基于反分析赋权方法的岩爆云模型。在给出该模型具体实现步骤的基础上,推导建立优化目标函数之后选用洞室最大切向应力与岩石抗压强度的比值、岩石抗压强度与抗拉强度的比值、弹性能量指数等作为评判指标,基于18个岩爆工程实例,利用Matlab软件开展了指标权重的反分析计算。最后,将新建立的岩爆预测云模型应用于江边水电站和马路坪矿的岩爆预测中,并与主观赋权方法云模型的预测结果对比分析,检验了其可行性与有效性。研究表明,基于反分析赋权方法的岩爆预测云模型赋权过程中主观性干扰因素较小,预测结果准确率较高。     

马坑山公路隧道岩爆预测研究

岩爆是高地应力条件下地下洞室开挖过程中经常遇到的一种动力失稳的地质灾害,直接威胁施工人员和设备的安全。论述了岩爆的定义、特征及发生机理,应用国内外相关岩爆判据判定和理论分析,提出对马坑山隧道开挖过程中是否会产生岩爆做出了最终判定。