高儲能岩體爆破開挖能量瞬態釋放過程及控制

《高儲能岩體爆破開挖能量瞬態釋放過程及控制》是依託武漢大學，由嚴鵬擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高儲能岩體爆破開挖能量瞬態釋放過程及控制
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：嚴鵬
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

擬採用理論分析、室內試驗、現場試驗及數值分析方法，針對深部高儲能岩體爆破開挖過程中岩體應變能的瞬態釋放過程及效應展開研究。首先，採用圍壓瞬態卸載試驗裝置實現室內試驗岩樣圍壓的瞬間卸載，揭示岩體應變能瞬態釋放的機理，建立能量瞬態釋放效應的計算模型和考慮能量瞬態釋放效應的岩石損傷判據；其次，結合現場開挖損傷區檢測、圍岩振動監測和數值計算，研究能量瞬態釋放誘發圍岩損傷和高應力破壞的規律及影響因素，分析瞬態釋放能量誘發振動回響的衰減規律及時空分布；最後，提出基於開挖程式和鑽爆設計最佳化及應力解除爆破的高儲能岩體爆破開挖能量瞬態釋放效應控制方法。本課題既符合國家基礎工程建設的重大需求，又是深部岩體力學理論發展急需解決的關鍵問題，研究成果有助於加深對深部岩體爆破損傷及破壞的機理的認識，對保障深埋洞室的施工安全具有重要意義，可為我國深部岩體工程設計及施工提供新的設計和分析理論。

結題摘要

本項目針對深部高儲能岩體爆破開挖過程中應變能的瞬態釋放動力效應開展研究，主要內容包括應變能瞬態釋放的機理及計算模型，應變能瞬態釋放導致圍岩損傷、誘發振動特性及空間分布，應變能瞬態釋放效應控制等。在4年的研究期內，除原定瞬態卸載室內試驗調整至現場深部原位實驗室進行外，項目基本按照原定研究計畫展開，圓滿完成研究任務。 研究表明，深部岩體開挖改變了原有的應力和能量平衡狀態，導致岩體部分應變能高速釋放，且圍岩淺部出現能量聚集現象。TBM開挖條件下圍岩應變能聚集的最大值高於鑽爆法開挖，且圍岩應變能聚集的最大值更接近於開挖面；開挖進尺越大，能量釋放的動力效應越明顯。此外，岩體的脆性、應變軟化等不同的峰後力學特性也對岩體應變能的瞬態釋放效應具有重要影響。室內岩石力學試驗的結果受深部岩樣初始取樣損傷的影響較大，且取樣損傷程度及範圍很大程度上取決於初始應力狀態和水平，岩樣的微結構的影響次之。 爆炸荷載和地應力瞬態卸載所誘發的圍岩損傷程度和範圍均隨地應力量級的提高而顯著增大；爆炸荷載作用條件下損傷區的分布有隨著側壓力係數的增大而向應力集中區發展的趨勢，而地應力瞬態卸荷所產生的圍岩破壞以受拉破壞為主，表層損傷區沿開挖呈輪廓均勻分布的趨勢。高地應力條件下爆破開挖產生的圍岩振動由爆炸荷載和應變能瞬態釋放（或地應力瞬態調整）耦合作用引起。後者可成為周圍岩體振動的主要組成部分，這有賴於岩體自身的蓄能能力、岩體開挖方式及開挖面的大小。因此，對應變能瞬態釋放效應的控制，應一方面通過特殊的應力解除爆破設計改善圍岩應力集中的程度，降低岩體的儲能能力，另一方面可通過減小爆破開挖進尺，減緩應變能釋放速率以控制開挖擾動。 本項目的研究成果對加深對深部岩體爆破損傷及破壞的機理的認識具有一定意義，可為我國深部岩體工程設計及施工安全保障提供新的設計思路。 結合本項目的研究，共發表論文23篇，其中SCI收錄9篇（含錄用2篇），EI收錄12篇（含錄用4篇）；申請發明專利11項，授權5項；培養博士生3人，碩士生7人。部分研究成果獲中國工程爆破協會科技進步獎一等獎（個人排名第5）。參與撰寫專著《深部岩體開挖瞬態卸荷機制與效應》（共8章，執筆其中2章）。各項考核指標均超過申請書預定目標。