本文關鍵詞：隧洞軸向動力擾動遠程觸發(fā)巖爆的真三軸試驗研究

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【摘要】：巖爆是一種高地應力地區(qū)由于地下工程開挖引起的圍巖動態(tài)彈射性破裂的現(xiàn)象。根據(jù)巖爆的觸發(fā)機制,可將巖爆分為自發(fā)型和遠程觸發(fā)型。遠程觸發(fā)型巖爆指開挖卸荷后,應力調整平衡后的高靜應力巖體,在爆破、機械振動、巖爆產生的應力波、地震波等動力擾動作用下發(fā)生的動態(tài)破壞現(xiàn)象。通常,沿著洞軸方向傳播的掌子面爆破動力波觸發(fā)的巖爆最為常見。由于遠程觸發(fā)型巖爆發(fā)生的時間和空間都有很強的隨機性,較難進行準確的預測和預報,易造成較為嚴重的工程安全事故和巨大的經濟損失。因此,為深入理解遠程觸發(fā)型巖爆現(xiàn)象,利用一種新的真三軸試驗機,采用“單面臨空、五面施加靜載、一側施加動力擾動荷載”的加載技術,采用立方體花崗巖巖樣模擬了此類巖爆孕育的全過程,并開展各種影響因素包括隧洞的切向應力、軸向應力、徑向應力以及動力荷載幅值和頻率對遠距觸發(fā)巖爆影響的試驗研究。試驗中,利用高速攝像機系統(tǒng)、數(shù)字影像運動分析軟件、變形測試系統(tǒng)等手段,對試驗結果進行了多維度分析,包括巖爆發(fā)生情況、彈射破壞過程、擾動時間、應力、應變、巖爆碎塊粒徑分布、母巖破壞形態(tài)和彈射動能等。最后,對此類巖爆發(fā)生的能量機制進行了討論。研究結果表明：1、足夠的Z向靜應力、動力擾動幅值和頻率是隧洞軸向動力擾動觸發(fā)型巖爆發(fā)生的三個基本條件。在其他荷載參數(shù)不變的情況下,隨著Z向靜應力、軸向動力擾動荷載的幅值或頻率的增大,巖爆孕育時間越短,巖爆所需的擾動時間越短,所需的Z向應變增長量越小,巖爆發(fā)生時碎塊彈射動能越大,巖爆發(fā)生后的巖樣破壞程度越大,彈射碎塊的破碎程度越小�？偟膩砜�,Z向靜應力、動力擾動幅值或頻率越高,巖爆越易被觸發(fā)。2、X向靜應力的大小對遠程觸發(fā)型巖爆的發(fā)生具有重要影響。在其他荷載參數(shù)不變的情況下,在50MPa范圍內的X向靜應力越大,巖樣的承載能力越高,巖爆孕育時間越長,巖爆所需的擾動時間越長,所需要的Z向應變增長量越大,巖爆發(fā)生時碎塊彈射動能越小,巖爆發(fā)生后的巖樣破壞程度越輕,彈射碎塊的破碎程度越嚴重。越不容易發(fā)生巖爆,總的來看,X向靜應力越高,巖爆越不易被觸發(fā)。3、Y向靜應力的大小對遠程觸發(fā)型巖爆的發(fā)生具有重要影響。在其他荷載參數(shù)不變的情況下,在10MPa范圍內的Y向靜應力越大,巖樣的承載能力越高,越不容易發(fā)生巖爆,巖爆所需的擾動時間越長,巖爆發(fā)生時碎塊彈射動能越小,巖爆發(fā)生后的巖樣破壞程度越輕。不同Y向靜應力下的動力擾動觸發(fā)型巖爆的孕育時間、所需的Z向應變增長量和彈射碎塊的破碎程度變化規(guī)律不明顯�？偟膩砜�,Y向靜應力越高,巖爆越不易被觸發(fā)。4、遠程觸發(fā)型巖爆的彈射破壞過程可概括為顆粒彈射、劈裂成板、剪切成塊、板折彈射等四個階段。5、動力擾動過程中巖樣損傷隨時間演化呈現(xiàn)先快速增長、然后穩(wěn)速增長和最后高速增長的變化規(guī)律,擾動過程中不斷累積的損傷造成巖樣極限存儲能逐漸降低,當巖樣的彈性應變能與極限存儲能之間形成一定差值時,部分剩余彈性應變轉化為巖石碎塊的彈射動能,從而導致巖爆的發(fā)生。
【學位授予單位】：廣西大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU45

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本文編號：1269081