《爆破衝擊下深部隧洞圍岩損傷演化與突水災變失穩機理》是依託中國礦業大學，由蔚立元擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：爆破衝擊下深部隧洞圍岩損傷演化與突水災變失穩機理
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：蔚立元
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
項目以鑽爆施工的深部隧洞頻發突湧水災害為背景，認識到“爆破衝擊預損傷致使圍岩承載能力劣化，繼而在高承壓水作用下防突岩層漸進破裂失穩”是其關鍵問題。首先，採用CT掃描、全應力應變-滲透-波速試驗及厚壁圓筒真三軸試驗等宏細觀結合的手段，獲得爆破衝擊預損傷岩樣的破裂演化規律和本構模型；其次，開展以致災構造、原岩應力、EDZ岩體爆破預損傷和突水壓力為主控因素的突水物理模擬試驗，揭示防突岩層漸進破裂失穩的動態演化機理；最後，以物理模擬結果為基準，採用三維連續-離散耦合的數值方法再現突水災變中流態轉換及裂隙擴展貫通的過程，並結合原位壓水試驗提出臨突判據及防突岩層安全厚度確定方法。項目預期成果具有重要理論意義，並可為地下工程突水災害的防控提供借鑑。
結題摘要
本項目以鑽爆施工的深部隧洞頻發突湧水災害為背景，針對“爆破衝擊預損傷致使圍岩承載能力劣化，繼而在高承壓水作用下防突岩層漸進破裂失穩”這一關鍵科學問題。首先，採用在大塊砂岩(600mm×600mm×120mm)中鑽眼安裝粉狀硝銨炸藥和火雷管爆破的方式，製備了一批經受過衝擊損傷的室內試驗標準試樣，經過全應力應變-滲透-波速試驗、數字圖像相關和CT掃描等宏細觀結合的手段，獲得了爆破衝擊預損傷岩樣的破裂演化規律和本構模型；其次，研發了大尺度深部岩體高壓大流量突湧水試驗系統，開展了以致災構造、原岩應力、EDZ岩體爆破預損傷和突水壓力為主控因素的突水物理模擬試驗，揭示了防突岩層漸進破裂失穩的動態演化機理；最後，以物理模擬結果為基準，採用離散元-計算流體力學耦合的數值計算方法再現了突水災變中流態轉換及裂隙擴展貫通的過程，並結合在兗礦集團4個礦井開展的原位壓水試驗提出了臨突判據及防突岩層安全厚度確定方法。項目執行過程中，課題組據實際情況嚴格按照申請書及計畫書中的研究內容、目標及年度研究計畫開展工作，除部分微調外（根據實際條件用常規三軸試驗取代了空心厚壁圓筒真三軸試驗，用離散元-計算流體力學耦合數值方法取代了連續-離散耦合數值方法），完成了所有研究內容，達到了預定的研究目標。研究成果在大瑞線高黎貢山隧道，渝懷鐵路、青島捷運、徐州捷運、大同礦區塔山煤礦、馬鋼集團白象山鐵礦等大型工程中得到套用，取得顯著的經濟與社會效益：在縮短工程建設工期、減少排水費用、降低突湧水災害等方面帶來了直接的經濟效益和社會效益。量化研究成果如下：發表SCI檢索論文20篇，EI檢索論文13篇；授權發明專利14項，軟體著作權1項，合著學術專著1部；培養畢業博士2人，碩士8人，其中1人獲江蘇省優秀專業學位碩士學位論文；參加國內外學會會議20人次，作學術報告14次；獲中國岩石力學與工程學會第十屆科學技術獎科學技術進步一等獎：深埋隧（巷）道流固耦合涌突水孕災機理及防控關鍵技術。
