岩爆的洞室效应

岩爆是高地应力区地下工程开挖中常见的一种地质灾害。目前岩爆的发生条件多从地应力条件、地层岩性、岩体结构、埋深和地形、地质构造作用、水文地质条件、开挖爆破等因素开展研究。文章提出通过改变洞室断面形态及尺寸预防岩爆发生的思路,在单因素分析条件下,通过有限元软件模拟不同洞室形状和尺寸的开挖,分析探讨同一尺寸、不同洞室形状下的岩爆强度和同一洞室形状、不同尺寸下的岩爆强度。结果表明：岩爆存在洞室形状效应,同一尺寸下,椭圆（谐洞）是对减少岩爆最有利的洞形,半圆直墙形和圆形其次,半圆形最差;岩爆存在洞室尺寸效应,同一洞室形状下的岩爆都随洞室开挖尺寸的增大而增强。同时,通过双曲线和指数函数的拟合表明,岩爆强度不会无限上涨,而是最终趋于一个稳定值。     

北天山构造演化中3阶段地应力变化及对某地下工程岩爆灾害分布的影响

北天山复杂的地质构造及多期演化使地应力方向和数值多变。在极高地应力区的深埋花岗岩施工中发生了较大范围的岩爆,影响地下工程施工安全。通过对地质构造发育和不同方向结构面配套分析,将北天山构造演化过程中地应力分为3个阶段,最大主应力由NE向、NW向转为近NS向。不同深度和不同时期地层岩体记忆残留了3个不同阶段地应力信息。采用水压致裂等方法在地面钻孔和洞内测试,结果显示最大主应力数值随深度不是线性增加,是在600～1 200 m深度呈接近45 MPa局部峰值。研究发现,地应力测试结果与钻孔饼状岩心和洞内中-强岩爆不是发生在埋深最大位置,而是发生于该峰值段深度上的花岗岩体中。说明了地质构造控制作用及3阶段地应力叠加作用的影响。     

基于AdaBoost组合学习方法的岩爆分类预测研究

针对岩爆等级划分问题,考虑了岩爆灾害发生的多种主要影响因素,采用新的数据挖掘方法AdaBoost（即Adaptive Boosting）的组合学习方法,结合流行的人工神经网络BP算法,构建了集成神经网络AdaBoost-ANN（简称AB-ANN）的岩爆等级多分类预测模型。该模型克服了单一弱分类器的不稳定性,提高了分类器精度,实验结果表明,预测的结果与实际值比较吻合,证明了该方法的可行性。     

循环加卸载下直墙拱形巷（隧）道应力松弛特性试验研究

针对硬岩应力松弛特性及岩爆研究的不足,开展了低、中、高载荷下的循环加卸载直墙拱形巷（隧）道应力松弛过程试验,得出了应力松弛规律,建立了应力松弛模型,探讨了应力松弛机制。结果表明：在低载荷下的循环加卸载直墙拱形巷（隧）道应力松弛过程均呈现出迅速衰减、逐渐衰减和稳定3个演化阶段,应力松弛规律一致,但随着循环次数的增加,应力松弛时间放缓,应力衰减损失程度在降低;低载荷下的应力松弛过程是巷（隧）道围岩拉应力和压应力同时衰减的过程,内部没有损伤产生,整体未产生破裂;在中等载荷下的循环加卸载直墙拱形巷（隧）道围岩应力松弛过程同样呈现出迅速衰减、逐渐衰减和稳定3个演化阶段,随着循环次数的增加总体上呈现应力松弛时间放缓的趋势,最终同样表现为巷（隧）道围岩拉应力和压应力同时衰减的过程;与低载荷下相比,中等载荷下的应力松弛过程变慢,内部有损伤产生,但后续循环未导致围岩破坏;在高载荷下的直墙拱形巷（隧）道围岩呈现拉应力持续增加和压应力持续减小的过程,巷（隧）道持续损伤破裂,侧帮产生层爆,最终形成V型爆坑,整体呈现两次明显爆裂破坏;采用分数阶微积分理论来描述循环加卸载情况下的应力松弛过程,建立了分数阶模型即应...     

基于EMS微震参数的岩爆预警方法及探讨

一系列深埋长大隧道工程在我国西部涌现,深埋隧道围岩的岩爆成因机制及监测预警成为亟待解决的课题。微震监测作为岩体微破裂空间监测技术在隧道工程岩爆预警上发挥了重要作用。由于微震数据存在的波动性（时间序列）、离散性（空间分布）和误差,利用震源参数随施工循环的演化特征评估岩爆发育过程并非足够稳定、有效。基于3种微震监测易于获取且紧密联系的震源参数（地震能量、地震矩和视应力）,扩展建立了用于岩爆评估与预警的EMS方法。该方法定义了地震能量、地震矩、视应力3种评价指标,并获得了3种评价指标间的关系;将3种评价指标用于岩爆预测,并进行了岩爆等级评估;同时还给出了微震路径与震源参数空间的概念。最后,将EMS方法应用于巴陕高速米仓山隧道的岩爆灾害实例,对岩爆里程段微震事件簇（微震事件聚集区域）内岩体累进破裂和岩爆发育过程进行了评估,实现了简易有效的微震数据日常处理与岩爆灾害评估预警。     

苍岭隧道岩爆特征与影响因素的相关性及防治措施研究

本文在分析总结苍岭隧道岩爆特征的基础上,阐述了岩爆特征与隧道内各影响因素之间的相关性。分析认为,隧道内岩性与应力条件对岩爆发生的影响作用最大,隧道中部区段埋深较大处均产生了中等岩爆;异形或加宽断面及围岩干燥地段较一般断面及地下水发育处更易产生岩爆,且岩爆发生具有一定的时间性及空间性;岩爆机制主要为压致拉裂破坏及压致剪切型破坏。采取了针对性的防治措施,重点通过隧道掘进过程中改善围岩的物性条件及采用合理的初期支护措施来有效防治岩爆的发生与发展,同时利用掌握的岩爆规律,对于尚未贯通的右洞开挖起到指导性的作用。     

苍岭隧道岩爆预测的数值分析及初期支护时机探讨

从隧道的开挖方式及开挖后洞周应力逐渐调整这一实际状况出发,选取了具有典型代表意义的断面进行数值分析,并预测整个计算范围内岩爆的状况。通过计算分析可知,随着应力释放系数的逐渐加大,岩爆发生的区域及等级不断增加。为有效防止或降低岩爆发生的可能,分析现场的监控量测资料后,确定了本隧道不同地段的最佳支护时机。     

高地应力条件下围岩质量分类方法研究

围岩质量分类是隧道及地下工程领域重要的技术工作之一。限于经验,目前常用的围岩质量分类方法主要适用于中低应力、低应力环境,而在高地应力地区的适宜性较差。文章结合某水电工程实例,先后采用BQ分类、HC分类、RMR分类以及Q系统分类方法,分别就4种方法分类结果的相关性、吻合率和一致性等方面开展了系列对比研究和初步的成因分析。发现无论是上述4种方法各自的分类依据和指标,还是各指标权重的大小均有较大差异。故针对高地应力环境,以及研究区高地应力条件下的岩爆问题,分别对现行Q系统分类、HC分类和RMR分类方法逐一进行了修正。如Q系统重点修正了地应力折减系数、节理粗糙度系数Jr和节理风化蚀变系数Ja;HC分类提出了考虑高地应力和岩爆烈度的地应力折减系数,而取消了强度应力比S;RMR方法主要修正了R6,并增加了地应力折减系数K等。修正后的Q、HC、RMR方法所得结果更接近实际情况。最后,基于概率统计方法,建立了采用多种方法的围岩综合分类方案。     

福建周宁水电站水压致裂地应力测量及其应用

周宁水电站在交通洞开挖过程中局部洞段发生了较强烈的岩爆。地下洞室和高压岔管、输水隧道设计及选择衬砌方式，需要查明原地应力状态。为此，采用水压致裂法在3个深钻孔中和岩爆部位进行了原位应力测量。结果表明，平面应力值随孔深增加呈线性增大；在岩爆和地下洞室附近，原位应力最大值为13～15 MPa，以水平挤压应力为主导，最大水平主应力方向为NW向。根据地应力测量资料和相关理论、判据分析认为：地下厂房长轴为NW向有利于围岩稳定；高压岔管和输水隧洞选用钢筋混凝土衬砌是可行的；发生局部岩爆，主要是由于隧道开挖围岩应力重新调整，在掌子面附近应力集中所致。     

莆炎高速公路文笔山2~#隧道岩爆综合预测研究

岩爆预测一直是地下工程世界性难题之一。以莆炎高速公路文笔山2#隧道岩爆预测为例,从研究区围岩的岩体特征和初始应力场着手,通过室内岩石力学试验和现场波速测试,获得隧道围岩的物理力学特性和完整性;采用水压致裂法实测研究区地应力的大小和方向,通过线性回归函数拟合分析了隧道洞身初始应力场分布规律,采用Kirsh概化模型计算分析了开挖后围岩重分布应力场分布规律。在此基础上结合国内外岩爆判别准则对文笔山2#隧道岩爆发生段落、部位和岩爆等级进行综合预测分析,为施工开挖和支护方案的制定提供依据。