[發(fā)明專利]一種模擬不同類型巖爆的試驗(yàn)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810220085.2
• 申請日: 2018-03-16
• 公開（公告）號: CN108519282A
• 公開（公告）日: 2018-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏元友;劉夕奇;祝文化;吝曼卿;王智德
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 鐘鋒

本發(fā)明公開了一種模擬不同類型巖爆的試驗(yàn)方法，其特征在于包括以下步驟：步驟一：巖爆試樣的制備；步驟二：對巖爆試樣進(jìn)行三向六面加載、單面卸載后頂部梯度加載的試驗(yàn)方法；步驟三：選取合適的初始圍壓，加載至初始圍壓水平，然后在其他各面荷載不變的情況下，通過水平單面卸載模擬硐室開挖過程；步驟四：通過控制巖爆試樣頂部的四組獨(dú)立的加載器來實(shí)現(xiàn)不同梯度加載的目的,模擬硐室切向應(yīng)力集中。梯度加載直至巖爆試樣破壞為止；步驟五：巖爆試樣加載破壞過程中，對試驗(yàn)過程進(jìn)行監(jiān)測記錄；步驟六：試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理與分析。該方法對工程中局部出現(xiàn)的脆性破壞模式進(jìn)行識(shí)別，選擇合理的圍巖施工方法和支護(hù)系統(tǒng)具有重要的理論和工程意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種巖爆的模擬試驗(yàn)方法，具體涉及一種模擬不同類型巖爆的試驗(yàn)方法，屬于巖石力學(xué)試驗(yàn)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，隨著世界各國采礦、交通、水利、國防、核廢料存儲(chǔ)等工程進(jìn)一步向深部巖體發(fā)展，高地應(yīng)力下硬巖由開挖卸荷導(dǎo)致的巖爆問題日益突出。雖然已經(jīng)進(jìn)行了長達(dá)數(shù)百年的探索，但終究因巖爆現(xiàn)象的多樣性及形成機(jī)理的復(fù)雜性等特點(diǎn)使得巖爆的研究成果在工程的具體應(yīng)用中顯得捉襟見肘。巖爆是由于硐室開挖后徑向應(yīng)力減小、切向應(yīng)力集中而導(dǎo)致的圍巖脆性破壞現(xiàn)象。巖爆發(fā)生地點(diǎn)具有隨機(jī)性，孕育過程具有突發(fā)性，對生產(chǎn)安全和工程可靠性的危害極大，是目前深部巖體工程中亟待解決的關(guān)鍵問題。

挪威西瑪(Sima)水電站巖爆，大巖塊從一側(cè)邊墻彈射出來，其壓力之大，足以橫穿機(jī)室而擊射到20m外的另一側(cè)邊墻。位于中國青藏高原的拉林鐵路巴玉隧道，于2017年4月至6月間多次發(fā)生剪切型巖爆現(xiàn)象，巖塊毫無征兆地應(yīng)聲彈射出來，威力巨大，給施工造成了巨大的危害。錦屏Ⅱ級水電站引水隧洞巖爆，大塊巖板向外突出，破壞面幾乎與軸線平行，突出巖板厚60mm，間歇持續(xù)2小時(shí)。由現(xiàn)場的巖爆特點(diǎn)可以總結(jié)出：當(dāng)圍巖內(nèi)部發(fā)出清脆的爆裂撕裂聲時(shí)，巖爆力學(xué)機(jī)制表現(xiàn)為壓致拉裂型破壞，多平行洞壁發(fā)生且僅涉及表層巖體，巖石以薄片狀、透鏡狀、板狀形式爆裂剝離(落)下來，無彈射現(xiàn)象，斷口多呈新鮮貝殼狀；當(dāng)圍巖內(nèi)部發(fā)出沉悶爆裂聲，聲響較小時(shí)，巖爆力學(xué)機(jī)制主要表現(xiàn)為壓致剪切型破壞，爆裂巖石多為透鏡狀、棱板狀、塊狀或片狀等，有彈射現(xiàn)象，斷口多呈楔形或弧形凹腔。

Orlepp將完整圍巖的巖爆類型分為板裂屈曲型巖爆、應(yīng)變型巖爆和剪切型巖爆三類。板裂屈曲型巖爆——圍巖劈裂成板，巖板在圍巖切向力作用下壓屈失穩(wěn)，隨后沿著平行于開挖面的巨大巖板向外排出；應(yīng)變型巖爆——圍巖劈裂成板，巖板與完整圍巖交界處發(fā)生剪切破壞，破壞后巖板或平行開挖面彈射或壓碎呈塊、片拋擲(累進(jìn)性向內(nèi)部發(fā)展)；剪切型巖爆——剪切破裂帶貫穿完整巖體，體量較大的巖塊毫無征兆地應(yīng)聲拋擲，破壞最為猛烈。不同的巖爆破壞類型對施工方法及施工維護(hù)功能的要求各不相同，一旦處理不當(dāng)，將極大地威脅作業(yè)人員和施工設(shè)備的安全，嚴(yán)重時(shí)可造成工期延誤和重大經(jīng)濟(jì)損失。