《深部硬岩開挖系統中岩爆災害發生機理和動力學解釋》是依託中南大學，由李夕兵擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：深部硬岩開挖系統中岩爆災害發生機理和動力學解釋
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李夕兵
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
岩爆是高地應力區地下硬岩工程中一種危害性很大的工程地質災害。隨著我國深部硬岩礦山、隧道等地下工程越來越趨向深部，岩爆災害的發生也越來越嚴重。岩爆問題的研究目前已經成為我國岩石力學界必須致力解決的關鍵科學問題和技術難題之一。岩爆實際上是完整性較好的彈脆性岩體拳膠芝在高地應力+外力擾動動靜組合雙重作用下伴隨著內部應變能釋放的一種特殊岩體破壞現象。現有的岩爆發生判據主要偏重於利用靜力學的原理對此進行解釋，沒有考慮外力擾動的具體影響因素及其表達形式。本項目根據深部硬岩工程開挖系統中所具有的特點和岩爆發生特徵，深入研究動靜組合作用下岩爆的發生機理，並利用自行研製的大尺寸岩石真三軸電液伺服擾動試驗系統及多功能岩石動靜組合載入實驗機，實現高應力硬岩系統原始儲能的激發釋放和岩爆試驗，在此基礎上提出基於動-靜力學指標的硬岩儲能釋放機制和岩爆判據，為深部硬岩工程的岩爆災害控制和安全高效開挖提供理論指導。
結題摘要
隨著深部硬岩礦山、隧道等地下工程越來越趨向深部延伸，岩爆這種危害性很大的工程地質災害問題越來越突出。岩爆問題的研究已經成為我國岩石力學界必須致力解決的關鍵科學問題和技術難題之一。現有的岩爆發生判劇及機理研究主要偏重於靜力學解釋，沒有考慮外力擾動的具體影響因素及其表達形式。基於對深部彈脆性岩體在“高地應力+外力擾動”這一動靜組合雙重作用下的認識，本項目根據深部硬岩工程開挖系統中所具有的特點和岩爆發生特徵，對動靜組合作用下岩爆發生的動力學機理進行了深入研究， 主要研究工作及結果如下：（1）研究了高應力硬岩在開挖擾動下的能量耗散與釋放規律，結果表明開挖卸載後的能量演化是一個動態調整的過程，巷道附近圍岩的應變能積累較動能釋放有約2.5 ms 的滯後，岩體的總耗散能主要用於岩體顆粒間裂紋的萌捉贈戒生、擴展及貫通作用。進一步研究了卸荷速率、初始應力釋放路徑等因素對圍岩位移變化、裂紋分布和動能變化的影響規律，結果為深部硬岩開挖中控制圍岩的穩定性有理論指導意義，通過選擇合理的開挖方式和開挖卸荷速率，可以控制圍岩的損傷範圍和損傷程度。（2）研究了一維和三維高應力儲能岩體快速卸載下的動力回響特徵，提出了“等效應力釋放率”和“等效應變能密度率”的岩戲滲勸體卸荷特徵的統一表征指標，研究結果對利用高應力能量進行岩體的誘導碎裂有重要的指導意義。同時，結求兆祝恥果表明通過減少開挖中的等效應變能密度率，採用合適的開挖方法可以有效的保護圍岩的穩定性。（3）開展了動力擾動誘發岩爆試驗，分析了不同岩石類型、擾動形式和擾動方向下的誘髮型岩爆發生機制，結果表明硬脆性岩體才能發生誘髮型岩爆，且一定應力狀態下，當動力擾動幅值達到某一較匙挨她高水平時，其岩爆的發生與擾動方向無禁組兆背關。（4）研究了動力擾動下深部硬岩巷道的破裂特徵及釋能機制，分析了地應力狀態以及動力擾動幅值和擾動方向對巷道圍岩破壞及能量釋放的影響規律，從能量角度揭示了誘髮型岩爆和動態剝落的本質區別。（5）針對深部硬岩開挖中的動力擾動因素，提出了以動靜力學指標為基礎的深部岩體能耗轉化模式以及岩爆判別鑽蜜表達形式。上述研究揭示了高儲能硬岩的釋能激發條件和誘導破裂途徑，對深部硬岩工程的岩爆災害控制和安全高效開挖提供理論指導和科學依據。
