挤压和剪切构造环境下深埋隧道岩爆的对比研究

地质构造是影响岩爆的一个重要因素,本文以大瑞铁路高黎贡山深埋隧道为例,在野外地质调查、实测地应力分析、室内岩石力学测试分析的基础上,采用ANSYS软件模拟了在现今构造地应力场中,在褶皱和走滑断层等不同构造部位的岩体中进行隧道开挖所引起的应力重分布特征,对在复杂地质构造地区挤压和剪切构造环境下深埋隧道的岩爆特征进行了深入...     

浙江苍岭隧道岩爆工程地质特征分析与防治措施研究

根据在浙江苍岭隧道施工中发生的岩爆,通过现场地质观测资料,具体地分析了其形成的规模、位置、诱发因素以及地质条件,从地质工程的角度,对岩爆发生地段隧道的岩石组成、地质构造、地应力特征以及地下水情况进行了探讨,发现在苍岭隧道施工中发生岩爆的岩石具有岩体结构面发育适中、弹性模量大、P波波速高、地质构造简单、现代水平构造应力强且主压应力轴σ1大角度相交于隧道中轴线和地下水不发育的特征,并在此基础上,提出了掌子面喷水、布设释放地应力锚杆、减少隧道壁聚能结构等有效的岩爆防治措施。     

秦岭公路隧道2号竖井地应力与岩爆分析

秦岭公路隧道2号竖井主要位于混合片麻岩地层中,高地应力和岩爆是该竖井的主要工程技术难题。根据竖井的工程地质资料和邻近工程水压致裂法地应力测试结果,采用三维有限元法对竖井工程区域内的初始应力场进行反演回归分析研究:竖井地应力存在较大的水平地质构造应力,地应力分区分布,水平地应力最高达到28.7MPa,垂直地应力基本受岩体自重控制。在地应力场分析的基础上,利用陶振宇岩爆判据对竖井进行岩爆预测,竖井岩爆为轻微或中等类型;并采用脆性岩体的常偏应力准则,模拟分析竖井岩爆破坏区的深度,岩爆区最大深度为0.6m。通过与竖井开挖后岩爆状况进行比较,结果表明反演得到的竖井地应力和岩爆分析是合理的。     

大型硬岩地下硐室围岩二次应力场特征弹脆塑性分析

结合某水电站硬岩地下厂房开挖,运用FLAC3D软件,对不同地应力环境中大型地下硐室开挖围岩的二次应力场的大小变化、分布特征及其对围岩稳定性的影响进行了三维弹脆塑性数值模拟分析。分析结果表明:①在低地应力环境中,顶拱浅部围岩1σ随开挖逐渐增大,2σ基本不变,3σ在顶拱开挖时迅速降低。而在较高地应力环境中,在顶拱开挖时,应力处于三向迅速卸荷状态;②无论在较高还是低应力环境中,边墙和底板浅部围岩的应力变化路径基本一致,开挖出露时,均处于三向卸荷应力状态;③较高地应力环境中的应力松弛区、集中区及围岩塑性区的分布范围和深度均比较低地应力环境中开挖要大(深);④开挖结束后,围岩的σ1平行于硐室轮廓线,而σ3指向开挖面;⑤硬岩大型地下硐室开挖,由于围岩浅部应力差迅速增大,岩体可能出现脆性破坏,甚至出现岩爆现象。     

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。     

断层破碎带对川藏交通廊道通麦隧道初始地应力场影响

正确认识岩体结构、地质构造对地应力场的影响是评估地下工程岩爆和软岩大变形的基础.但由于缺乏单点大量实测数据的支撑,目前断层破碎带对地应力特征的影响还不是很清楚.依托川藏交通廊道通麦隧道勘察设计,开展了嘉黎断裂带及两侧完整岩体的大量地应力实测,并分析了其量值的离散性、极大值等分布规律.结果表明通麦隧道在埋深1 107.4 m处完整岩体实测最大水平应力SH为41.57 MPa（兆帕）,属于极高地应力.而断层破碎带内实测应力量值离散且相同深度范围的平均值低于完整岩体,因此完整岩体内的实测数据才能用于区域地应力场评估.受断裂构造影响的岩体应力局部集中有一定限度,与正常应力值相比,可能不会达到量级的差异.预测隧道最大埋深处SH的中间值约为55 MPa.     

大台井深部岩巷岩爆发生机理与预防措施研究

大深度、高地应力下的岩巷岩爆问题是煤炭企业面临的重大技术难题。根据大台井深部岩巷发生的岩爆现象,分析了深部岩巷岩爆发生的机理。通过计算得出大台井深部岩巷岩爆发生的临界深度为723 m。指出发生岩爆的主要因素是深部开采和复杂的地质构造所致,采用合理的巷道布置,选择合适的断面形状,使用锚网喷支护方式,可以预防岩爆的发生,避免人员伤亡,提高掘进速度的作用,达到安全快速掘进的目的。     

复式山岭隧道沟谷段岩爆机理

岩爆是隧道开挖经常遇到的地质灾害形式之一,较高量级的地应力被认为是岩爆发生的必要条件之一.一般说来,地应力量级会随着埋深的增大而增大,这样,浅埋洞段不应有强烈岩爆发生.但是,在近年来的一些复式山岭隧道施工中却发现,一些埋深很小的沟谷段也发生了频繁而强烈的岩爆.本文对这一问题进行了讨论.沟谷横断面上,存在一个半环形的切应力高值区,其宽度和应力量级上小下大;深埋隧道开挖会在隧道周围形成一高切应力环;当隧道垂直山岭走向,从沟谷应力环的中下部通过时,两环叠加,使得围岩应力环境恶化,发生岩爆.一般沟谷越深,坡角越大,水平构造应力的量级越高,发生(强烈)岩爆的可能性越大.岩爆的主要发生部位应该是拱顶,有时可能出现于边墙和隧底交接部位,一般不会在边墙出现.     

某水电站坝区高地应力释放现象及成因研究

针对坝区特定的高应力条件下岩体的应力释放现象,包括岩芯饼裂和勘探平硐岩爆发育普遍的特征,在统计分析的基础上,从力源条件-区域构造背景和地质构造条件、能力存储条件-岩性特征和岩体结构条件、后期演化-能量释放、转换与调整等分析的基础上,结合坝区地应力场分布的特征阐述了坝址区高地应力成因,认为坝区高地应力释放现象是上述各因素综合作用的结果.为地下厂房开挖过程中的岩爆预测和控制提供了有力的参考依据.     

岩爆与峰后岩石力学特性

峰后岩石特性是产生岩爆的根本原因;地质力学因素是产生岩爆的外部因素。从地下工程开挖过程中围岩部分的能量释放、集聚、转移入手,揭示了高地应力是产生岩爆的重要外因;岩爆产生的时空特点是在破坏后塑性软化阶段,并从非线性岩石力学理论角度,研究了此阶段岩爆条件。得出以下结论：一是块系结构岩体变形稳定性与块体几何特性、尺度大小,以及破坏后物理性质有关;二是判断岩体是否发生岩爆,可采用： 和 < 判据。     

唐山矿区构造应力场特征及其对冲击地压的影响

河北唐山矿冲击地压的发生除了受开采技术条件、煤层顶底板岩石学特征等因素影响外,主要受赋存环境的影响,其中地应力条件是一个重要的影响因素。以唐山矿构造应力分布规律为背景,对不同水平构造应力条件下回采工作面煤层及其顶底板围岩的三维场进行了数值分析,系统研究了构造应力对煤层及其顶底板围岩的冲击地压的影响。结果表明,在煤矿开采过程中,高水平构造应力对采区煤层及其顶底板围岩的应力场和能量场的分布规律具有重要影响。高构造应力条件下,煤层及其顶底板围岩中的高水平应力为冲击地压的发生提供了力源条件,而在高地应力环境下所积聚的大量弹性应变能为冲击地压的发生提供了能量条件。      

隧道掘进面接近地质界面时围岩的应力特征研究

隧道开挖地层中往往呈现出明显的地质变异性,如软硬岩层的不均匀分布等,使隧道开挖后的力学行为十分复杂.本文采用FLAC3D初步分析了隧道掘进面接近地质界面时围岩的应力状态,并探讨侧向应力、纵向应力、断面形式对围岩应力的影响规律.分析结果表明:当隧道由硬岩往软岩或由软岩往硬岩向地质界面掘进时,掘进面前方围岩均有应力集中现象.隧道无论由硬岩往软岩还是由软岩往硬岩掘进至地质界面时,掘进面前方边墙位置围岩径向应力均随侧向应力的增大而增大,掘进面前方拱顶和边墙位置围岩纵向应力均随纵向应力的增大而增大.马蹄彤隧道开挖至硬岩与软岩的地质界面时,掘进面后方边墙位置围岩应力均小于圆形隧道相应位置的围岩应力.     

爆炸荷载作用下中隔墩应力场的影响因素分析

针对影响中隔墩动应力分布的各种因素，包括中隔墩的宽度，力学参数，两侧岩体的爆破开挖顺序等，分别建立不同的有限元计算模型，利用ANSYS5．5．2有限元分析软件对中隔墩在爆炸荷载作用下的应力分布情况进行了计算,分析，还对沿中隔墩高程分布质点振速的放大效应进行了讨论，结果表明中隔墩的宽度，力学参数，两侧岩体的爆破开挖顺序对中隔墩的应力分布均有很大的影响，实际施工中应对这些因素进行严格控制，以确保中隔的安全与稳定。     

基于快速应力释放的深埋隧洞岩爆防治对策研究

大型地下工程开挖中,高地应力环境下高储能脆性岩体通常会通过脆性破裂快速释放应变能而产生岩爆。岩爆作为常见的一类动力失稳地质灾害现象,极大地威胁着现场施工人员和设备的安全。作为雅砻江锦屏二级水电站的主要工程,千米级埋深的引水隧洞也面临高地应力下硬岩岩爆问题。针对锦屏二级引水隧洞岩爆的特点,提出采用快速应力释放的方法防治岩爆,并采用数值模拟的方法优选了倾斜辐射爆破孔方案。数值模拟结果表明：该方法能使岩体内的初始应力快速卸荷,同时使应力集中区向岩体深部转移。通过在锦屏二级引水隧洞工程中的试验与运用,采用声波测试法对实施快速应力释放方案的效果进行检验,验证了快速应力释放方法防治岩爆的有效性。研究成果为解决类似工程岩爆防治问题提供了理论依据和借鉴。     

基于岩爆危险性评价的川藏铁路某深埋硬岩隧道线路方案比选研究

川藏铁路穿越区域地形起伏大,区域地质构造作用强烈,隧道建设中面临的高地应力问题异常复杂,特别是深埋硬岩隧道中的岩爆灾害问题,成为制约选线、设计乃至施工建设的难题。由于隧道工程地质条件复杂,如果岩爆评价指标针对性不强,往往会造成评价结果与实际偏差较大。通过综合分析影响岩爆的关键因素,选取岩石单轴抗压强度与洞壁最大主应力比、洞壁最大切向应力与岩石单轴抗压强度比、岩石强度脆性系数、岩石弹性能指数及岩体完整性系数建立了岩爆评价指标体系。根据熵权法确定各指标权重,基于理想点的基本理论及计算规则,构建了一种岩爆危险性评价模型。通过计算各里程段与理想点的距离,对新建川藏铁路某隧道的3种线路方案进行岩爆风险评估的综合比选。研究结果表明B线路总岩爆段落占比24.9%,其中不可控岩爆段落占比13.4%,比另外两条比选方案低4%左右,综合对比B线路为最优方案。该方法可为深埋硬岩隧道地质综合选线提供必要的科学依据和技术支撑。     

冲击矿压巷道围岩控制的强弱强力学模型及其应用分析

根据巷道冲击震动破坏的原因和机理,建立了冲击矿压巷道围岩稳定性控制的强弱强（3S）结构力学模型,分析了该力学模型防冲抗震机理,在结构自身强度、应力转移和吸收、变形及能量耗散等方面分别表现出不同的3S特征,并推导得到了巷道支护体内强小结构发生冲击震动破坏的应力判据和能量准则。最后,对该模型在工程中的应用做了理论分析,提出要通过减小外界震源载荷、合理设置弱结构、提高支护强度等措施来防范巷道冲击矿压动力灾害。     

Temperature effect of rock burst for hard rock in deep-buried tunnel

Much research has been conducted on the influence of rock burst mechanisms and temperature on the mechanical properties of hard rock while research on the effect of temperature on rock bursts is scarce. Therefore, this paper focuses on Rock Burst Proneness Index tests and acoustic emission (AE) tests under the action of high temperature. It was found that the Rock Burst Proneness Index and the AE energy will rise as the temperature rises. It means that the degree of rock burst is increasing instead of decreasing with rising temperature. The research results revealed the temperature effect of rock burst in long deep tunnels under a certain thermal stress condition, which is helpful for explaining the rock burst disaster in tunnels at high ground temperature.     

高地应力下硬岩的本构模型研究

传统的本构模型在模拟高地应力下硬岩破坏的范围和深度方面并不理想。针对高应力下的拉西瓦花岗岩,通过真三轴压缩试验模拟了开挖时应力路径的演化。在摩尔-库仑强度准则、格里菲斯强度准则、德鲁克-普拉格准则、双剪统一强度理论和霍克-布朗强度准则的基础上,考虑十二面单元体主剪面上主剪应力、正应力和静水压力的共同作用,提出了一个有关高应力下硬岩的三剪强度准则。根据试验结果,利用遗传算法全局寻优的功能,搜索出了三剪强度准则的参数。预测样本和与摩尔-库仑强度准则、德鲁克-普拉格准则、双剪统一强度理论的比较表明,该三剪强度准则与试验结果吻合,适用于高地应力下的硬岩。根据试验得到的应力-应变关系曲线,建立了基于三剪强度准则和应变软化的弹-脆-塑性本构模型,并用FLAC3D提供的基于C++的用户自定义模型工具UDM,创建了用户自定义模型的动态链接库,嵌入了FLAC3D软件。采用遗传算法-FLAC方法,搜索得到了基于岩石试样和岩体的本构模型参数。计算结果与实测情况吻合,表明建立的本构模型适用于高地应力下的硬岩,为高地应力下硬岩地下工程的安全性和稳定性分析奠定了基础。     

应用岩体电阻率预测岩体失稳的可行性研究

基于煤（岩）体固有电阻率与煤（岩）体应力、应变的关系,以及影响岩石电阻率物理参数的因素,探讨了采场顶板岩体和煤层（体）在高压应力作用下,体积应变引起电阻率变化的过程和机械物理实质。分析研究了煤（岩）体电阻率观测技术监测由应力引起煤（岩）体失稳（突出或冒落）的技术路线的依据,提出了应用该技术路线的可行性及其主要研究方向。