深埋隧道岩爆预测与声发射特征
深埋特长隧道岩爆预测与防治分析
深埋特长隧道岩爆预测与防治分析1认识岩爆1.1岩爆什么是岩爆？大多岩爆是如何发生的？岩爆是一种岩体失稳，突然破裂的现象，属于特殊的地质灾害，具有突发性。
多发于岩体坚硬且完整的地质，大多是因为隧道在穿越高地应力地区，由于围岩的应力大于岩体的强度，开挖爆破致使岩体应力二次分布，突然释放岩体中的应变能，在岩爆的同时伴随碎体、块片的弹射和飞出，伴有震动和声响等等，危害极大。
1.2岩爆易发条件（1）隧道埋深大。
大量数据表明，当隧道埋深超出200m 深度时，岩爆有可能发生。
（2）某一区域地质构造活动越是强烈，那么该处地形应力越容易被集中，岩爆发生的可能性加大。
（3）工程实践中发现，工况中河谷岸坡陡竣并有突变时，严重影响着地应力的分散，为岩爆的发生创造了条件。
（4）围岩新鲜坚硬完整有利于地应力储存，该区域容易发生岩爆现象。
1.3岩爆易发时间通常情况下，开挖掌子面的当天岩爆最强烈，持续时间长短不等，大多为几天，如果不加以控制任其发展，持续时间有时长达数月一年不等。
岩爆出现的形式大多为爆裂，对于瀑布沟电站的岩爆，易发时间大多为半夜或上午，如果下雨雨量比较大时更容易发生。
2岩爆预测预测，即对开挖部位发生岩爆的可能进行测算，并预报岩爆的可能级别。
预测有利于预防措施的及时应用，通过对开挖部位的爆破方案、爆破技术参数及起爆网络类型等及时实施优化，以保证施工的安全。
目前，岩爆预测的方法有很多，常见的有：（1）岩爆临界深度预测法；(2) 施工地质超前预报法；（3）岩爆储能测试分析预测法；(4)b R θσ判据预测法；(5) 声发射现场监测预测法；（6）岩体电磁辐射监测预报法。
岩爆预测主要要完成的工作是测定单轴抗压强度R C值和地应力场中最大主应力 1 σ值，借此对岩爆特性进行鉴别，提出有利于爆破开挖施工的优化措施。
大量工程统计表明，当两者关系满足：，则容易发生岩爆。
国内许多专家和学者结合其多年的工程实践经验，建议了如表1所示的一组新的判别临界值：在大量的预测工作中发现，开挖卸载是导致围岩应力重新分布的直接原因，按照一定的比例γσ和呈现出同步上升，γσ和的上升过程中致使岩爆发生。
岩石破坏过程中的声发射分布规律及其分形特征
岩石破坏过程中的声发射分布规律及其分形特征下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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深埋长隧洞岩爆微震监测、预警与防控技术探讨
深埋长隧洞岩爆微震监测、预警与防控技术探讨摘要：岩爆是高地应力条件下地下工程开挖过程中，硬脆性围岩因开挖卸荷导致洞壁应力变化，原先储存的弹性应变能突发性急骤释放，因而产生爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷现象的一种动力失稳地质灾害。
也是深埋隧洞开挖过程中典型高应力硬岩挤压破裂局部集中化诱致的次生地质灾害，岩爆具有很强的突发性、随机性和危害性。
随着埋深的增加和地应力水平的增高，岩体所赋存的地质环境更为复杂，开挖诱发的岩爆灾害更加突出、严重，给深埋隧洞工程设计、施工与运行等带来极大的安全隐患。
关键词：深埋；预警与防控1前言当高地应力硬岩区地下洞室开挖后，围岩往往呈现变形小而破裂多的现象。
轻微岩爆特征是围岩表层呈零星爆裂脱落、剥落状，爆坑深度小于0.3m，对施工影响较小；中等岩爆特征是围岩呈较严重的爆裂脱落、剥落状，具少量弹射，有一定持续时间，影响深度0.3～1.0m，对施工有一定影响；强烈岩爆特征是围岩大片爆裂脱落、具强烈弹射，破坏范围和块度大，影响深度1.0～3.0m，对施工影响大；极强岩爆特征是围岩大片严重爆裂，大块岩片出现剧烈弹射，震动强烈，破坏范围和块度大，影响深度大于3.0m，严重影响工程施工。
为此，开展岩爆微震监测、预警与防控技术可实时监测隧道开挖过程中岩体破裂的时空分布及演化特征，是目前深部硬岩工程岩爆监测与预警的主要有效的技术手段。
通过岩爆微震监测预警可以提前预警岩爆等级，根据预警结果，采取工程措施，降低岩爆风险，进而保障施工安全与施工进度。
2 岩爆微震监测预警的目的（1）岩爆是深埋隧洞开挖过程中典型高应力硬岩挤压破裂局部集中化诱导的次生地质灾害，它具有很强的突发性、滞后性、延续性、衰减性、位置性。
随着隧洞埋深的增加和地应力水平的增高，岩体所赋存的地质环境更为复杂，开挖诱发的岩爆灾害更加突出，给深埋隧洞工程设计、施工与运行等带来了极大的挑战。
①岩爆突发性：岩爆现象是一种高应力能量的突然释放，在发生前没有明显的预兆。
岩石应变岩爆实验声发射频谱特征
大尺度片麻岩试件（105 cm×40 cm×10 cm）在 循环荷载作用下声发射频率范围为 50~250 kHz［7］。 混凝土在低荷载作用下声发射频率分布范围为 10~ 50 kHz，分布窄，频率较低，幅值较小。有微裂纹产生 时，出现 165 kHz 的高频成分。随着荷载增加，10~ 165 kHz 频宽范围内的幅值增大。当宏观裂纹形成 时，高幅值的声发射频率位于 15 kHz 左右，而在临近 破坏前，高幅值覆盖了 10~165 kHz，声发射活跃［8］。 花岗岩节理摩擦滑移产生的声发射信号频率范围为 78.1~312.5 kHz［9］。
115
总第 626 期
现代矿业
2021 年 6 月第 6 期
期声发射在室内岩石实验应用主要是对荷载—声发 射特征—破坏特征的关系进行分析。随着技术进 步，声发射定位精度提高，实现了采用矩张量理论对 声发射数据进行分析，判定声发射源张拉或剪切类 型［3］。现场矿山开采过程中通过建立声发射微震监 测网，实时监测声发射信息，用于预警［4］。
本研究根据声发射波的传播及衰减规律，根据 已有的研究成果，对室内应变岩爆实验条件下岩石 材料破坏过程中的声发射频谱特征进行分析，并就
如何分析应用室内实验声发射结果进行初步说明。
1 声发射波的传播及衰减特征
一般认为采用声发射技术对材料进行研究时，
有一个频率适用范围［11］。岩石材料声发射频率范围
深埋隧道岩爆预测和防治措施
性等进行观察、 地质素描 ， 分析判 断前方 １ ０～ ２ ０ ｍ 范 围 的围岩 隋况 ， 以判断是否 可能存在 岩爆。每一个 开挖循 环都要作地质素描 ， 以确保分析判 断的连续性 。 ３ ． ２ 应 力集 中解 除方 法 ３ ． ２ ． １ 消除 围岩集 中应力
容重 ＝ ２ ６ ｋ Ｎ ／ ｍ ， 单轴饱和抗压强度 盯 ＝ ９ ０ Ｍ Ｐ ａ 。最 大 竖 向主应力 仃 ＝ ＝１ ０ ． ７ ＭＰ ａ 。测 区最 大水 平主 应 力侧 压 系数 为 １ ． ２ ５ ， 最 小 水 平 主应 力 侧 压 系 数 为 １ ． １ ， 水平 最大 主应 力 叮 ｈ ＝１ ． ２ ５ ＭＰ ａ ， 叮 … ＝１ ３ ． ４ ＭＰ ａ ， 水平 最 小主应 力 ｃ ｒ ｈ ＝１ ． １ ＭＰ ａ ， 盯 ＝１ １ ． ８ ＭＰ ａ 。为坚 硬岩， 岩体较完整 ～ 完整 ， 岩体呈块状 ～ 大块状， 水平 最 大主应 力 仃 ＝１ ３ ． ４ Ｍ Ｐ ａ ， 接近 ０ ． １ ５ 盯 ：０ ． １ ５×９ ０ ＝１ ３ ． ５ ＭＰ ａ ， 此外 ， 深 埋 围岩 各 向 同性 差 形 成 的应 力 多变 性 、 深切沟 谷 处 可 能存 在应 力 集 中 ， 以及 本 隧道 工程 的 开挖净 空较 大等 因素 ， 是 花 瓶 山隧道 可 能 发生 岩爆 的主要成 因 。 ２ ． ２ 岩爆 的物 理特 征 （ １ ） 岩爆多 发生 在掌子 面及 １ — ３倍 洞径 范 围 ， 距 齐头 ２ ０ ｍ左 右最 为强 烈 ， 也有滞后 ２ ０ ０ ｍ 的； 爆 裂 的 石块需经过一段时间后才从母岩弹射或 自由下落 ， 石 块较 大 ， 形状呈 中间厚 、 四周薄 的 贝壳 状 ， 其 长 与 宽 的 尺 寸相差 并不 悬殊 ， 周边 厚度 则参 差 不齐 。 常见 于导 坑 的顶部 ， 也有 在两 侧壁 发生 的 。拱部 和 两侧 边墙 部 位 相对 居多 ， 其 次是 拱肩 ， 与岩 体应 力状况 有关 。 （ ２ ） 断裂带 两侧 或软 弱结构 面 附近往往 形成 局部 应力集中区， 故两侧硬岩 中岩爆现象较为 明显 ， 而断 层 带部 位一般 不 发 生 岩 爆 。在 不 同岩性 软 硬相 间 的 岩层中， 硬质 岩容 易发生 岩爆 。岩 爆 区段 一般 较 为干 燥， 有地 下水 出露 的地方 不容 易发 生岩爆 。 ３ 对 隧道岩 爆 采取的预 防和 应对 措施 ３ ． １ 超 前地质 预报 ３ ． １ ． １ 超 前探 孔
《西安科技大学学报》2011年总目次
明 （１ ） １２ 波 （ １） １７
种 高 性能 Ｌ Ｏ 的缓冲器 分析 与设 计 ……… …… …… ……… …… …… … 张 允武 ， Ｄ 刘树林 ， 杨
陕西关中地区生态足迹动态分析及生态安全评价 ……………………… 张舜尧 ， 铮 ， 丹 ， １２ 王 李 等（２ ）
第 ２期
高水胶体防灭火材料物化性能实验研究 ………………………………… 邓 军， 楠 ， 王 陈晓坤 ， １７ 等（２ ）
Ｃ Ｓ纳米粒子的电化学发光行为研究 ………………………………………………… 申丽华， ｕ 李晓霞（６ ９）
因子 分 析在我 国煤炭 上 市公 司经 营业绩 评价 中的应 用 … ……… …… …… ……… … 张 伟， 袁显 平 （０ ） １０ 施 工企 业项 目化管 理 的关键 影响 因素分 析 … ……… …… ……… …… …… ……… … 文艳 芳 ， 苏三 庆 （０ ） １７ 多点 弹 性支承 下船 用螺 旋桨轴 承 的受 力与变 形分 析 …… …… ……… …… …… …… 付 团伟 ， 李
悬 移支 架普 采工作 面 矿压 实测分 析 …… …… ……… …… …… …… …… ……… …… ……… … 杨 相 海（ ０ １）
矿井主要通风机性能曲线的最优多项式拟合 …………………………………………………… 吴奉亮（４ １）
澄 合 二矿 ２ ５ ４综 采工 作面矿 压显 现特 征 … …… …… ……… …… …… ……… …… …… …… 王海 宁（ ９ ４０ １）
深 部 软岩巷 道锚 注联 合支 护技 术研究 …… …… …… ……… …… ……… 乔卫 国， 孟庆彬 ， 林登 阁 ， ２ ） 等（２
水 化 热对冻 土地 区桩 基热 影响分 析 … …… …… …… ……… …… ……… 唐 丽云 ， 更社 ， 杨 让艳艳 ， ２ ） 等（ ８ 伊犁 盆地侏 罗 系八道 湾组成 煤环 境 与沉积 特征 … …… …… ……… …… …… 施 哈 宁 ， 孟福 印 ， 田继 军（ ３ ３）
某深埋特长隧道岩爆预测及防治措施研究
ｒ ｕ ｄｎ ｏ ｋ ｉ ｕ ｉｎ ｉ ｇ Ｔｕ ｎ ｌ ｔ ｅ ｐ ｐ ｒｐ ｏ ｏ ｅ ｅ ｆｒ ｃ ｂ ｒｔｐ ｅ ｅ ｔｏ ｅ ｓ ｒ ｓ Ｂｙ ｔ ｅ ｏ ｎ ｉｇ ｒ ｃ ｎ Ｑｉ ｑａ ｐｎ ｎ ｅ ，ｈ ａ ｅ ｒ ｐ ｓ ｓ ａ ｓ ｔｏ ｏ ｋ ｕ ｓ ｒｖ ｎ ｉｎ ｍ ａ ｕ ｅ ． ｈ
ｊｃｓ ｅｔ ．
Ｋｅ ｒ ｓ：ｄｅ ｐ ａ ｄ ｏ ｅ —ｅ ｔ ｕ ｙ ｗｏ ｄ ｅ ｎ ｖ ｒｌ ｎｇ ｈ ｔ ｎｎｅ ；ｏｃ ｌ ｒ ｋｂｕ ｓ ｅ ｉｔｏ ｐ ｅ ｎｔｏ ｅ ｓ ｒ ｓ； ｉ ｎ ｓｔ ｔ ｅ ｓ ｒ ｔｐｒ ｄ ｃ ｉ ｎ； ｒ ｖｅ ｉ ｎ ｍ ａ ｕ ｅ ｈ ｇｈ ｉ － ｉｕ ｓ ｒ ｓ
的理论 和方法 。现 有 的岩爆 预测 方法 大致 可分为 理
０ 引 言
在世 界 范 围内 的深 埋 或高地 应力 脆性 岩体地 下
工 程 中普 遍会 遇 到 岩爆 ， 是深 埋 特 长 隧 道 的主 要 它
论 分析 法 、 场 实 测 法 和 多 因 素 综 合 评 判 预 测 三 现
地点 、 间及危 险 程 度 等 信 息 。 由于岩 爆 预 测 预报 时 问题 极 为复杂 ， 因此 目前 国 内外 还 没有 一 整 套 成 熟
收 稿 日期 ：０ １０ —３ ２ １—３２ 修 回 日期 ：０ １０ —７ ２ １—５１
作 者 简 介 ： 贞伟 （ ９ ６ ） 男 ， 士研 究 生 ， 代 １８一 ， 硕 主要 研 究 方 向 为 岩 体 稳定 性 。Ｅ ｍａｌｄ ｉ ｅ ｗｅ １ ３ ｃｍ － ｉ ａｚ ｎ ｉ ６ ．ｏ ： ｈ ＠
第 ６期
代 贞伟 等 ： 某深 埋 特 长 隧道 岩 爆 预 测 及 防 治措 施 研 究
隧道工程岩爆预测及防治方法研究
Ｃ岩爆在横断 面上 的分 布规律 。岩爆发 生 的部位多 数位 于 ．
对 称性 。
２ 地质雷达 、 ） 红外 线及微 震观测 预测 法。引进 地质雷 达 、 红 面前方 围岩是否会有岩爆产生 。 ３ 统计分析宏 观预测法。通过对前述 岩爆 的特征 、 ） 产生规律 及人工听声检测的大量 的观察资料 ， 及时地进行分析来 预测岩爆。
起拱线以上和边墙 靠近低部 区域 。岩爆 在横 断面上 的分布具 有 外线及微震观测方法配合地质人员进行地 质预测 预报 ， 预报掌子
３岩爆 的深度 和宽度变化规律。 ） ａ 零星岩爆 的深度和宽度都 比较小 ， ． 变化幅度大 ， 随机性强 。
一
ｂ连续岩爆及成片岩爆的深度 和宽度变化规律 性较 强 ， 同 ３ ２ 岩 爆 防 治 方 法 ． 在 ． 段连续岩爆 中， 深度 和宽度变化幅度很小。 岩爆防治方法应立 足于减 轻或避 免岩爆 伤人毁 机及导 致围
文章编号：０ ９６ ２ （０ ８ ２ ．３ ６０ １０ ．８ ５ ２ ０ ）７０ １．２
隧 道 工 程 岩 爆 预 测 及 防 治 方 法 研 究
李 刚
摘 要： 介绍 了隧道工程 中岩爆 的概念 、 特征 以及岩爆 的深度和 宽度 变化规律 ， 通过对地下工程 中产 生的各种岩爆 情况 进行分析， 总结 了岩爆产生的条件 ， 对岩爆预 测及 防治方案进行 了研 究。 关键词 ： 隧道工程， 岩爆， 预测 ， 防治 方法
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３１ ・ ６
第３ ４卷 第 ２ ７期 ２０ ０ ８年 ９月
山 西 建 筑
ＳＨＡ Ⅸ Ｉ ＡＲＣＨ Ｉ Ｕ ［ ＴＥ Ｅ
Ｖｏ ． ４ Ｎｏ． ７ Ｉ３ ２ Ｓ ｐ． ２ ０ ｅ ０ ８
高地应力下深埋隧洞开挖岩爆数值模拟与预测
高地应力下深埋隧洞开挖岩爆数值模拟与预测 1陈文亮，章青，刘仲秋河海大学工程力学系，南京（210098)E-mail：cwl9898@摘 要：结合锦屏二级水电站辅助洞工程,通过三维弹塑性有限元数值模拟,分析隧洞掌子面 推进过程中的围岩空间应力场状态和演化趋势；基于数值模拟结果选用4种不同的岩爆预测 方法， 对开挖过程中岩爆的发生情况进行了预测， 判定在洞肩和洞底角点处发生岩爆可能性 较大，这与锦屏二级水电站辅助洞岩爆实际发生情况基本一致。
关键词：深埋隧洞；数值模拟；应力场；岩爆；预测1. 引言岩爆是高应力区进行地下开挖时,由于破坏了岩体的力学平衡,围岩中产生了应力集中而 使岩体产生脆性破坏并伴随能量释放的动力失稳现象。
有关统计资料表明 所以在深层开挖中研究岩爆显得尤为重要。
近几十年来,国内外采矿界和岩体工程界的专家、学者对岩爆机理、岩爆预测以及岩爆 防治诸方面进行了大量的研究,取得了一定成果 刚度理论、岩爆倾向理论等外，近年来谢和平[ 2~6][1],岩爆多发生在强度高、厚度大的坚硬岩(煤) 层中,一般而言，随着埋深的增加岩爆发生的机会将越来越大,。
在岩爆机理方面除了传统的强度理论、[ 8][7 ]采用分形理论、潘岳等采用突变理论来解释岩爆现象。
在岩爆预测方法方面根据不同的岩爆机理理论，可得出不同的判据，主要分 为应力判据，岩性判据，能量判据，临界深度判据等。
但由于岩爆是极为复杂的动力失稳现 象,岩爆的机理到目前为止还不很清楚,利用传统的岩爆分析方法来预测岩爆遇到了极大的困 难，在这种情况下,人工智能、专家系统、神经网络在岩爆预测中得到了很好的运用，如冯 夏庭等[9 ]提出的基于支持向量机的预测方法为岩爆预测提供了一条十分有效的途径。
在深埋隧洞开挖过程中,因开挖卸荷引起隧洞周边围岩应力场的扰动和重分布,导致围岩 应力值和方向发生变化。
而在影响范围之外,岩体应力维持初始地应力状态。
在高地应力区, 岩体强度高,储存的弹性应变能大,由于应力场的变化造成高强度脆性岩石内部破裂,引起弹 性应变能的突然释放,容易引起岩爆。
深埋公路隧道施工阶段岩爆预测研究
２ ． 弹 性 应 变 能 指数 法
挪 威 学 者 Ｂ． Ｆ． Ｒａ ｓ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｌ 最 早 提 出运 用应 力 强 度 比 法 对 岩 爆 进 行 预 测 ，该 方 法 考 虑 围岩 初 始 地 应 力 以及 围岩 本 身
强度两个 因素。运用弹塑性力学原理 ，对于 开挖 内径为 ． ｒ的
摘
要：岩爆是隧道施工过程 中常见 的一种地质 灾害现象 ，论文结合某分离式公路深埋 隧道施 工实际情 况 ，采用 国
内 外通 用 的 应 力 强 度 比法 、弹 性 应 变 能 力指 数 法 ，对 隧 道 进 行 了岩 爆 综 合 预 测 ，最 后 ，根 据现 场 实 际 对 该 综 合 预 测 方法的准确性进行了评价 。 关 键 词 ：岩 爆 预 测 ；深 埋 隧 道 ；应 力强 度 比 ；弹 性 应 变能
中 图分 类 号 ：Ｔ Ｕ ４ ５ ７
引言
文 献 标 识 码 ：Ａ
文章编号 ：１ ０ ０ ６ － ７ ９ ７ ３（ ２ ０ １ ３ ）１ ２ － ０ ３ ０ ６ － ０ ２
一
、
为洞壁处的剪应力 ； 为 围岩 的 泊松 比 。
岩 爆 是 在 高 应 力 条 件 下 进 行 隧 道 开 挖 的过 程 中 ， 由于 围
起 止桩 号 为 ：Ｚ Ｋ ４ ２ ＋ ７ ２ ９ ￣ＺＫ ５ ０ ＋ ９ ９ ２，长 ８ ， ２ ６ ３ ｍ ，右 洞 起 止 桩 号 为 ：Ｙ Ｋ４ ２ ＋ ７ ２ ３￣Ｙ Ｋ５ ０ ＋ ９ ６ ５ ，长 ８ ， ２ ４ ２ ｍ ，属 分
无岩爆
１
Ｉ
｝
＜０ ． ５ 弱岩 爆 ＜ Ｏ． ７ 中等 强度岩
弹性 应 变 能 大 小 与 初 始 地 应 力 、 围 岩 强 度 特 性 有 关 。通 过 岩
深埋特长引水隧洞岩爆预测综合研究
２ ２ 初始 地应 力场 的有 限元数 学模 型 回归 ．
根据实 测的地应 力资料和工程地质 资料 ， 在进 行地应 力回 归分 析 中 分 ５段 采用 Ｄ ｕｅ ｒｋｒ—Ｐａｅ 型 进行 数 值 回归 分 ｒｇｒ模 析 。回归分析结果表 明 ， 最大 、 最小 水平 主应 力值 总体上 随 岩层深度 的增加呈现 良好 的线 性增 长趋势 ， 局部受 岩体完整性 和岩性 等影 响有一定 变化 。达 曲河一 泥 曲河段最 大主 应力方 向为 Ｎ ６ 。 Ｅ ２ 左右 ， 最大 主应力在水 平方 向上 沿着洞轴线 不均匀
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第３ Ｏ卷第 １期
２０ ０ ８年 １月
人
民
黄
河
Ｖ０ ． Ｏ． ｏ．１ １３ Ｎ Ｊｎ．．０ ８ ａ ２ ｏ
Ｙ Ｌ ＥＬ ＯＷ ＲＩ Ｒ ＶＥ
【 利 水 电工 程 】 水
深 埋 特 长 引水 隧 洞 岩 爆 预测 综 合研 究
石 守 亮
以北 的克 曲 河 流 域 ， 者 一 般 为 ３ 前 ０—３ ａ 后 者 一 般 为 ９ ＭＰ ，
水直接引入黄河 上游 干流 ， 设计 年 引水量 ８ ０亿 ｍ 。引水线 路
沿洞轴线 的变化范 围为 １ ３ ａ在两 河分 水岭 以南 为１ ０— ０ＭＰ ， ５— ２ ａ 最高为 ３ ａ 在分 水岭 以北 洞段 为 ２ ７ＭＰ ， ４ＭＰ ； ０—３ ａ 最 ４ＭＰ ，
高为 ４ Ｐ ， 明杜柯河 流域地应力 比泥 曲河流域 的大 。杜柯 ０ Ｍ ａ说 河一 玛柯河段最大主应力方 向为 Ｎ ６ 。 右 ， Ｅ０左 最大 主应 力在水
（ 黄河勘测规划设计有 限公 司， 南 郑州 ４ ００ ） 河 ５０ ３
摘
要： 以南水北调西线一期工程引水隧洞为例 ， 依据工程 区地 应力 的现场 实测及 地应力场模 拟与反 演 ， 综合分 析评价
隧道施工中的岩爆及时预测
隧道施工中的岩爆及时预测金志仁;徐文胜;范海波;王元汉【摘要】岩爆是高地应力条件下隧道及地下洞室开挖中围岩因卸荷而发生的岩片爆裂松脱、剥落、弹射的地质灾害.本文研究了岩爆形成机制和岩爆的主要影响因素,指出岩爆的发生主要与岩石性质、地质条件和应力状况有关.为了避免或减少岩爆造成的损失,需要正确预测岩爆,其中重要工作是及时测量地应力的大小和岩石抗压强度.针对高地应力条件下隧道及地下洞室施工过程中,经常发生岩爆的地质灾害,需要进行及时的预测预报,预报要求快捷、简便、实用.其中岩石抗压强度采用点荷载强度仪容易进行确定,主要困难是如何及时进行地应力测量.本文改进了门塞式应力恢复法,推导了切向应力的计算公式,确定了公式中的等效应力系数.将该方法应用于大广南高速公路鄂赣隧道施工过程中的岩爆预测预报,预测结果与实际情况符合较好,有效地指导了岩爆的防治,并减少了相应的损失.【期刊名称】《土木工程与管理学报》【年(卷),期】2011(028)002【总页数】5页(P39-43)【关键词】岩爆;预报;隧道施工;门塞式应力恢复法;地应力;抗压强度【作者】金志仁;徐文胜;范海波;王元汉【作者单位】湖南城市学院土木工程学院,湖南益阳 413000;华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉 430074;华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉430074;华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】O38;O241;TU45岩爆是高地应力条件下隧道及地下洞室开挖中围岩因卸荷而发生的岩片爆裂松脱、剥落、弹射的地质灾害。
在国内外许多地下矿山工程、地下水电工程、铁路、公路隧道中均有报道［1，2］。
岩爆的发生直接威胁到施工过程，需要进行及时预测预报。
岩爆研究在理论分析、实验研究、数值计算和现场测试等方面进行了许多工作，从强度理论、刚度理论、能量理论、岩爆倾向理论等提出了多种岩爆判据和分级方法［3～8］。
深部硬岩金属矿山开采中的岩爆问题浅析
深部硬岩金属矿山开采中的岩爆问题浅析摘要：在地下硬岩矿山的开采过程中，经常会出现岩爆现象，岩爆是一种具有相当危害性的矿山工程地质灾害。
随着目前我国各大矿山相继进入深部开采阶段，对于岩爆灾害的研究也日趋重要。
因此，本文就矿山深部硬岩开挖过程中引发岩爆的产生机理、超前预报、控制技术四个方面进行了归纳分析与评述，并对岩爆问题未来的研究方向和重点提出了几点建议。
关键词：硬岩矿山；深部开采；岩爆灾害；岩爆监测预报1 引言近年来，随着社会发展的需求和各矿山的生产现状，地下矿山的开采已开始逐步向更深的岩层延伸。
因此，岩爆现象的发生愈发频繁，产生的后果也愈发严重。
在这样的工程背景下，国内外许多学者都对岩爆问题有了广泛的关注。
但是，目前的岩爆预测水平还做不到准确预报岩爆发生的位置和时间，对岩爆的控制能力也达不到安全高效开采的工程要求。
本文对国内外岩爆研究现状进行了归纳总结，并对岩爆问题未来的研究方向和重点提出了几点建议。
2 岩爆的发生机理依托于现场调查、理论假设、工程经验、实验室研究，各国学者从不同的角度先后提出了不同的岩爆机理的理论，其中最为广泛接受的理论主要有以下几种。
（1）最大主应力强度理论：通过对岩爆工程实例表明的总结与分析发现，岩爆现象大多同时发生在沿巷道中心轴的两侧或顶底板两处，这两处的连线通常与巷道原岩应力场的最大主应力方向垂直。
基于这一现象，形成了最大主应力强度理论，即认为岩爆发生在巷道开挖后最大主应力处[1]。
该理论虽然给出了岩爆发生的原因，但是未从工程意义上给出岩爆发生的具体条件。
（2）刚度理论：该理论认为当矿山结构所承受的荷载超过其峰值强度后，变形曲线下降段的刚度大于围岩加载系统的刚度是产生岩爆的必要条件[2]。
刚度理论虽然简单、直观，但不适合用于工程实际，并且它未对矿山结构与围岩加载系统的刚度给出明确的概念。
（3）能量释放理论：该理论的基本思想是岩爆的产生是由于围岩系统中所释放出的能量大于破坏所消耗的能量。
深埋引水隧洞岩爆预测及防治措施
深埋引水隧洞岩爆预测及防治措施摘要：岩爆作为深埋地下工程在开挖后常见的一种地质灾害,极大地威胁着施工人员和设备的安全。
深部岩体因长期处于“三高一扰动”复杂地质力学环境中,其组织结构、基本行为特征和工程响应均发生了根本性变化,这导致深部工程中灾害事故表现为多发性和突发性。
而岩爆作为深埋地下工程的主要地质灾害之一,多是由于围岩因开挖卸荷发生脆性破坏而致使储存于岩体中的弹性应变能突然释放,最终导致围岩产生爆裂、松脱、剥落、弹射等破坏现象。
国内外的研究结果表明,地层的岩性条件和地应力的大小是产生岩爆与否的两个决定性因素。
本文就深埋引水隧洞岩爆预测及防治措施展开探讨。
关键词：引水隧洞；岩爆；有限元模拟；预测引言岩爆是深埋地下工程常见的地质灾害之一，其主要是由于完整的脆性围岩在高地应力条件下，在隧道的开挖扰动下，发生的一种动力失稳破坏。
岩爆的发生具有突发性和不确定性，常常给地下施工带来巨大的危害。
1工程概况及工程分段本工程采用国产GAW-1000电液伺服岩石刚性试验机,进行岩样的全过程试验,获得如图1所示的代表性应力～应变关系曲线。
该区域岩石单轴抗压强度普遍较大,可达150MPa,试样在峰值强度以后的破坏是突发性的,变形能突然释放使其自身破坏,这些性质表明该区域岩石具有发生岩爆的可能性。
2岩爆产生的原因及岩爆发生的条件岩爆产生的原因。
在一定的地质构造、地层岩性、地应力场下，由于深埋洞室的施工开挖卸载，导致储存于岩体中的弹性应变能突然释放，临空条件变化造成瞬间围岩压力集中，改变了围岩周围的应力状态和性质等而产生的。
它是由围岩应力状态、岩体强度、变形特性、岩体赋存环境、洞室布置和开挖方法等多种因素综合影响的结果。
岩爆是岩体具有高地应力的一种表现形式，也就是说高地应力是岩爆发生的一个外部主导因素，而内因则取决于岩体的变形特性等。
如果外力不超过一定的临界值或者岩石具有产生大量塑性变形的能力，那么岩石就不会发生脆性破坏，不会发生岩爆。
岩体破裂过程中声发射规律的理论分析及数值模拟研究
岩体破裂过程中声发射规律的理论分析及数值模拟研究[摘要] 岩体破裂过程中声发射现象能够很好的揭示岩体破裂机理。
本文对岩体破裂过程中声发射现象进行了探索性研究,并通过岩体破裂过程中内部结构状态变化(损伤演化)和声发射特征的对应关系,从更深层次上认识岩体的破裂机理。
文中首先分析了岩体声发射参数与损伤演化的关系,对岩体声发射的特征进行了全面描述。
应用RFPA软件对岩体声发射进行模拟,从而进一步证实了研究结果的准确性,为岩体声发射技术的工程应用提供理论依据。
[关键词] 岩体破裂声发射数值模拟1 引言声发射技术用于岩体始于1959年,以其实时、动态、对结构影响小的优点用于岩体的无损检测。
大量的试验表明:岩体受载后声发射的产生,主要是由于晶体的位错、晶体间的滑移、弹性和塑性变形、裂纹的产生和扩展以及摩擦作用等而引起的。
但由于声发射信号同时受到材料性能、形变特征、损伤繁衍等多种静态因素和动态因素的共同影响,诸多因素之间又互相影响,声发射信号本身复杂多变,有效特征的提取尚期望进一步的突破,而声发射参数至今尚没有统一的物理量。
所有这些都直接导致声发射研究进展缓慢。
这就需要发展其基础理论的研究,摆脱上述因素对其应用和发展的严重束缚。
因此,迫切需要寻求新的理论依据、探求新的理论方法,为其发展注入新的活力。
本文就是基于这一目的进行研究的。
本文即利用数值模拟的方法,对岩体声发射这一现象进行研究。
2 岩体声发射的描述2.1 岩体声发射参数与损伤演化的关系文献[1]指出:在岩体塑性变形过程中,声发射总数(1)式中:为常数;为反映材料性质和试验条件的参数;为应力强度因子;为临界应力强度因子。
由上式可以看出,在一定的情况下,裂纹越接近开裂,声发射率就越高。
在岩体材料微裂纹开裂和生长过程中,试验表明[2]:裂纹开裂过程中的声发射事件数与裂纹扩展量之间有近似的直线关系。
声发射率和裂纹扩展速率之间符合以下关系:(2)式中:为声发射率;为与试验条件和材料性质有关的常数;为裂纹扩展速率。
深埋特长铁路隧道的岩爆预测
ａ ｄ Ｓ ｐ ｒ Ｌｏ ｇ Ｒａｌ ｙ Ｔｕ ｅ ｎ ｕ ｅ ｎ ｉ ｗａ ｎｎ ｌ
Ｗ ａ ｇ Ｗ ｅｇ ｏ ｎ ｉｕ
摘
要 以 甬台温客 运 专线凤凰 山隧道 的岩 爆预 测为例 ， 区域 工程地 质调 绘 的基础 上 ， 在 通过 室 内
岩样力学试验 ， 掌握隧道 围岩的物理力学特性 ； 用水压致裂法 实测工程区地应力的大小和方向： 采 结合 现 有 国 内外 多种 岩爆判 别准 则 ， 对隧道 岩爆 发 生的部位 和 等级进行 预 测 ， 为制 定合理 的 开挖 支护方 案提
出版 社 ，９ １ １９
（ ） 论 是 综 合 内摩 擦 角 法 还 是 等 值 内摩 擦 角 ３不 法 ， 是针 对天 然均 质 土而言 的 。对 此 ， 都 一般 只能 在深 基坑 工程 中或在 铁 路 土质 路 堑 工 程 中得 以基 本 实 现 。 对于 路堤 墙背 黏性 填土 ， 只 能通 过 击 实试 验 确 定 ｃ 则 、 的基 本值 或代 表 值 ， 对 实 际 填 土究 竟 有 多 大 的代 而 表性 或可 靠性仍 无 十足把 握 。文献 ［ ］ ［ ］ 给 出了 ６ 、８ 都
供 依据 。
关键 词 隧道 工程
Байду номын сангаас岩爆
地应 力 预测
岩爆是岩体中聚集的高弹性应变能 ， 因开挖而产 生 的一 种具 有代 表性 的应 力释放 现 象 。岩爆 是 突发性 的， 岩体 急 剧破坏 ， 片 由岩 体 表 面上 突 发 性 地 飞 出 ， 岩
而且 大都发 生在 隧道 工 作 面 附 近及 侧 壁 上 ， 塌 顶 和 与
种岩 爆判 别准 则 ， 隧 道 开 挖岩 爆 发 生 的部 位 和 等级 对
进行 综合 分析 和预 测 ， 而 为 合理 制 定 隧 道 的 开 挖支 从
岩爆预警与烈度评价的声音信号分析
本文中,利用自主研发的真三轴岩爆实验系统,在室内实现应变型 岩 爆 的 模 拟,利 用 数 字 录 音 笔 对 岩爆声音信号进行全程监测,定量分析颗粒弹射、岩板劈裂、块片弹射等 岩 爆 过 程 中 典 型 脆 性 破 坏 现 象 的 声 音 信 号 特 征 ,由 此 建 立 基 于 随 机 森 林 机 器 学 习 的 岩 爆 声 音 自 动 识 别 方 法 ,并 提 出 一 种 基 于 声 音 信 号 的 岩 爆 烈 度 评 价 指 标 ,为 建 立 基 于 声 音 信 号 的 现 场 岩 爆 预 警 与 烈 度 评 价 方 法 提 供 基 础 和 参 考 。
长大深埋隧道岩爆机理及预测预报研究
84智能施工NO.20 2020智能城市 INTELLIGENT CITY长大深埋隧道岩爆机理及预测预报研究刘小冬（中交四公局八公司，北京 100007）摘 要：文章针对长大深埋隧道岩爆现象、岩爆机理因素进行分析，结合长大深埋隧道岩爆预测预报方法，内容包括宏观观测法、岩石力学判据法、非线性理论预测法、数值模拟预测法、现场监测预报法等，通过研究合理控制装药量、采用水胀式钢管锚杆、超前支护的使用、解除爆破应力等防治方法，其目的在于降低岩爆发生概率，提高长大深埋隧道施工环境的安全性。
关键词：长大深埋隧道；岩爆机理；地质条件；地应力条件当岩石中积累的应变能大于岩石断裂所消耗的能量时，过多的能量将导致岩石碎片破碎、剥落、弹射甚至抛掷性破坏现象，即岩爆。
通过采取合理的措施对其进行预测预报，并采取合理防治措施对其进行处理，对于营造安全的作业环境有积极的意义。
1 长大深埋隧道岩爆机理分析1.1 岩爆现象概述从岩石爆炸现象的分析来看，岩石爆炸通常不会在岩体开挖后立即发生，而是在岩体开挖数小时、数天甚至更长时间后发生，所以岩石爆炸是延迟性的。
岩爆是间歇性的，是第一次在硐室发生岩爆后，过一段时间后会发生多次岩爆。
出现这种现象的原因是，在硐室发生第一次岩爆后，由于应力集中，硐室围岩的某一区域达到了新的状态，当条件满足时，能量会释放出来。
同时岩爆在出现之后，此现象也具备一定的衰减性，在爆发前期所产生比较激烈的反应，但是随着时间的延长，对外释放的能量在不断减弱，岩爆烈度不断衰减。
另外，岩爆问题的出现，还具备了突发性、猛烈性、灾害性等特点，是隧道施工过程中需要重点关注的问题。
1.2 岩爆机理因素分析1.2.1 地质条件在隧道岩爆机理分析过程中，地质条件属于重要的影响因素之一，如果施工区域地质条件相对较差，将增加岩爆问题的发生概率，影响后续施工活动的顺利进行。
地质条件可以归类为以下几方面内容：（1）节理情况，在长期地质演变情况下，岩石在内应力作用下，会出现节理构造，节理发育的地区，更容易出现岩爆的情况。
基于声发射参量识别不同深度灰岩岩爆倾向研究
基于声发射参量识别不同深度灰岩岩爆倾向研究埋藏于深部和中深部金属矿山由于地应力的不断增大诱发岩爆可能性越来越大。
由深部开采高应力引起的开采技术问题越来越多,根据矿床开采技术条件和矿体赋存特征。
避免岩爆带来的危害,选择经济合理的防护措施以实现矿山安全高效开采,保证矿山可持续生产,是目前越来越多金属矿山迫切需要解决的重大技术问题。
深部岩体在地壳运动作用下应变能大量聚集,形成很大的初始应力。
深部回采使得聚集的应变能突然释放形成岩爆,岩爆的发生一方面与初始应力场有关,另一方面与岩石承载过程中变形及储能特性有很大的关联。
岩石破坏过程伴随了弹性波的释放,而声发射监测技术能捕捉岩石加载过程产生的瞬态弹性波,所以利用声发射检测结果作为岩石材料破裂判据在岩石力学研究领域一直都是研究重点。
声发射表征岩石破坏方面形成众多有益结论,但真正将声发射测试用于岩爆的判别尚不多见。
本次课题采用弹性能量指数作为岩石岩爆倾向性判据。
进行深部回采不同深度灰岩试样的岩爆倾向性实验,得到了不同深度灰岩试样的加卸载过程应力-应变曲线。
在实验过程中进行声发射测试,分析加卸载全过程声发射累计能量随时间的变化规律,得到不同岩爆倾向性试样声发射累计能量变化特征,通过实验数据分析揭示岩爆倾向灰岩声发射响应特征。
通过分析试验过程声发射累计能量变化率,定义了累计能量反应比E<sub>k</sub>等于加卸载过程声发射累计能量变化率与加卸载转折点声发射累计能量变化率的比值。
结果表明:（1）随着深度的增加,岩石单轴抗压强度有逐步增大的趋势,这为岩石的岩爆发生提供了有利条件,进而印证了随深度增加灰岩岩爆发生的可能性越大,从另一方面说明了岩石的岩爆与深度有着密切相关性。
（2）加载时,随着赋存深度增加,岩石存储应变能的能力在增强;卸载时,随着深度增加,深度越深灰岩在卸载过程的声发射累积能量增加幅度越小,由此可知不同深度灰岩累积能量的变化率存在明显的区别。
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7
岩爆的声发射预测来源于岩石临近破坏前有声发射这一实验观测结果, 它是对岩爆孕育过程最直接 的监测方法和预报方法。其基本参数是能率 (E ) 和大事件数频度 (N ), 它们在一定程度上反映出岩体内 部的破裂程度和应力增长速度。岩爆的产生需要积蓄能量 , 而能量的积蓄就意味着有一个暂时的声发射 平静期 , 因此 , AE 活动的暂时平静, 就是岩爆发生的前兆。
第 31 卷
第 1期
西
安
科 技
大
学
学
报
V o.l 31 N o 1 Jun 2011
2011 年 01 月
JOURNAL OF X I AN UNI VERSI TY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
文章编号 : 1672- 9315( 2011) 01- 0006- 04
*
深埋隧道岩爆预测与声发射特征
=
3
3 c
+ m
3 c
+ 1 . 0
c
. 为完整岩石材料的单轴抗压强度; m 为常数, 取决于岩石性
式中
1
为最大主应力;
为最小主应力 ;
质和承受破坏应力前已破坏的程度。 Ra ma m urthy 和 S ingh 在 M ohr Coulom b强度准则的基础上提出了一个表征高地应力下完整岩石的更 一般的强度准则
8
西 安 科 技 大 学 学 报
2011 年
达到 47 . 6 dB , 最大振铃计数达到 99 次, 持续时间为 2 678 . 4s , 能量达到 64 , 声发射上升时间达到 666 s, 表明岩样开始进入初始破裂状态, 继而进行频繁损伤与破裂。
图 3 岩爆时声发射能率和事件数与持续时间关系 F ig . 3 R e la tionsh ip be t w een AE energy rate and the number o f events and durable ti m e when the rock bust is happening
[ 1]
References
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秦岭公路隧道 2 #竖井工程通过区岩层的岩石抗压强度高, 为坚硬岩类 , 具备储存弹性应变能的条件 , 埋藏深度较大, 地应力较高 , 当开挖形成临空面后 , 且当岩石裂隙不发育时, 地应力在临空面上将高度集 中 , 集中的应力超过岩体的破坏强度时 , 应变能就会突然释放 , 岩体就发生猛烈的脆性失稳破坏, 这时就 有了岩爆的发生。因此, 提出并采用喷洒高压水、 加强光面爆破、 提高开挖质量、 加强支护措施等。
高 娟 , 郭志勇 , 王
1 1
巍 , 高崇林
1 , 21 , 2(1 . 西安科技大学 理学院 , 陕西 西安 710054; 2. 中交隧道工程局有限公司 , 北京 100081)
摘
要 : 岩爆是高地应力区地下工程硐室开挖施工中常见的一类动力失稳地质现象。 以秦岭终
南山特长公路隧道为背景 , 通过对 2 #竖井工程施工过程中岩爆进行综合调查与理论分析 , 采用声 发射 ( acoust ic em ission , AE )预报技术进行了综合预测和分析, 得出岩爆发生时的声发射特征与动 态演化规律 , 并提出岩爆综合防治措施, 保证了安全施工 。 关键词 : 高地应力; 岩爆; 声发射; 预报 中图分类号 : TU 457 文献标志码: A
。
1 岩爆发生判据
已有学者对岩爆问题进行了大量的研究并取得有益成果
[ 8]
。当应力集中的程度达到矿岩强度极限 与其强度 的比值 , 即 /
时 , 岩层发生突然破坏 , 发生岩爆。近代强度理论认为: 导致岩体承受的应力 岩石实验和现场监测提出了一个著名的经验强度准则
1 /2 1 3
1 时 , 导致岩爆发生。对于高地应力深埋隧道 , 更多的采用非线性强度准则 , H oek 和 B rown 根据大量
第 1期
高
娟等 : 深埋隧道岩爆预测与声发射特征
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