基于瞬态卸荷动力效应控制的岩爆防治方法研究

针对深埋圆形隧洞全断面爆破开挖,分析了岩体开挖瞬态卸荷力学过程及引起的围岩应力和应变能瞬态调整机制,讨论了瞬态卸荷动力效应的影响因素。计算结果表明,开挖岩体应变能越大、应变能释放速率越快,岩体开挖瞬态卸荷动力扰动越强烈。基于此,提出了依据炮孔周围爆生裂纹分布判断掌子面上主应力方向,各圈炮孔按掌子面上应变能密度由高到低的顺序分段起爆的施工期岩爆防治方法。该方法通过改变炮孔起爆网络显著地降低了岩体开挖瞬态卸荷的动力效应,可广泛用于水电、矿山、交通等行业深埋洞室贯通爆破。

深埋洞室岩体开挖卸荷诱导的围岩开裂机制

针对深埋圆形隧洞爆破开挖,采用双向受压条件下的压剪裂纹扩展模型和应力强度因子计算公式,分析开挖面上岩体应力瞬态释放和邻近的围岩应力瞬态调整对围岩开裂过程的影响。结果表明,与准静态卸载条件相比,开挖面上岩体应力瞬态释放在围岩中产生附加动应力,导致围岩径向卸载和环向加载效应放大,加剧了深埋洞室围岩开裂效应,导致开裂范围增大;开挖卸载速率越快,围岩中产生的附加动应力幅值越大,围岩的开裂效应越显著。

高速冲切诱发应变能瞬态释放动力效应

建立了弹-靶冲切模型,通过数值模拟获得了应力瞬态卸荷条件下靶板能量的变化过程;提出了考虑时间效应的能量释放速率指标,建立了以能量释放速率为核心的能量破坏准则,揭示了应力瞬态卸荷条件下靶板的破坏机理;同时,分析了靶板损伤程度与卸荷速率的关系.研究表明:在高速冲切诱发的应力瞬态卸载条件下,靶板中的能量呈现出动态波动的特征,应变能先减小后增大最后趋于稳定,动态变化过程中产生动力峰值.能量快速释放是导致靶板破坏的重要机理之一,在40MPa的应力水平下,能量瞬态释放可使靶板损伤区范围增大4.8%~11.9%.