本文關(guān)鍵詞：隧洞軸向動力擾動遠(yuǎn)程觸發(fā)巖爆的真三軸試驗(yàn)研究

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【摘要】：巖爆是一種高地應(yīng)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(jī)制,可將巖爆分為自發(fā)型和遠(yuǎn)程觸發(fā)型。遠(yuǎn)程觸發(fā)型巖爆指開挖卸荷后,應(yīng)力調(diào)整平衡后的高靜應(yīng)力巖體,在爆破、機(jī)械振動、巖爆產(chǎn)生的應(yīng)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(yuǎn)程觸發(fā)型巖爆發(fā)生的時間和空間都有很強(qiáng)的隨機(jī)性,較難進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測和預(yù)報,易造成較為嚴(yán)重的工程安全事故和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此,為深入理解遠(yuǎn)程觸發(fā)型巖爆現(xiàn)象,利用一種新的真三軸試驗(yàn)機(jī),采用“單面臨空、五面施加靜載、一側(cè)施加動力擾動荷載”的加載技術(shù),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(yīng)力、軸向應(yīng)力、徑向應(yīng)力以及動力荷載幅值和頻率對遠(yuǎn)距觸發(fā)巖爆影響的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)中,利用高速攝像機(jī)系統(tǒng)、數(shù)字影像運(yùn)動分析軟件、變形測試系統(tǒng)等手段,對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)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(yīng)力、應(yīng)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(jī)制進(jìn)行了討論。研究結(jié)果表明：1、足夠的Z向靜應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)力的大小對遠(yuǎn)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(nèi)的X向靜應(yīng)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(yīng)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(yán)重。越不容易發(fā)生巖爆,總的來看,X向靜應(yīng)力越高,巖爆越不易被觸發(fā)。3、Y向靜應(yīng)力的大小對遠(yuǎn)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(nèi)的Y向靜應(yīng)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(yīng)力下的動力擾動觸發(fā)型巖爆的孕育時間、所需的Z向應(yīng)變增長量和彈射碎塊的破碎程度變化規(guī)律不明顯。總的來看,Y向靜應(yīng)力越高,巖爆越不易被觸發(fā)。4、遠(yuǎn)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(dāng)巖樣的彈性應(yīng)變能與極限存儲能之間形成一定差值時,部分剩余彈性應(yīng)變轉(zhuǎn)化為巖石碎塊的彈射動能,從而導(dǎo)致巖爆的發(fā)生。
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU45

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本文編號：1269081