用于分析岩爆倾向性的剩余能量指数

通过分析岩石变形破坏过程中的能量变化 ,提出以岩石在峰值强度前储存的弹性应变能和峰值强度后稳定破坏所需的能量耗散之差 (即剩余能量 )与峰值强度后稳定破坏所需的能量耗散之比作为剩余能量指数 ,以反映岩石在峰值强度后区的动态特性 ;推导了剩余能量指数计算公式 ,并给出了其试验测定方法 .此外 ,分析了将剩余能量指数作为岩爆倾向性指标的合理性 ,并采用铜陵有色金属公司冬瓜山深部矿床的典型矿岩进行了峰值前的循环加、卸载试验和变形破坏全过程试验 ,结合该矿床实际岩爆资料 ,对剩余能量指数与现有基于能量理论的岩爆倾向性指标进行对比分析 。

会泽铅锌矿深部岩体岩爆倾向性实验研究

应用TAW-2000D岩石三轴试验机和SDAES型数字声发射仪,以会泽铅锌矿深部矿岩为研究对象,通过单轴压缩、巴西劈裂试验,分析岩体的变形破坏特征和声发射规律;以冲击能指数WCF和岩石脆性指数B和应变能密度SED作为判别准则,对岩爆的倾向性进行研究.研究结果表明:岩爆倾向性强的岩体,声发射活动出现相对平静期,岩爆倾向性弱的岩体则没有;岩体的声发射特性与岩体的破坏模式直接相关,根据其声发射规律可预测岩爆倾向性;会泽铅锌矿深部矿岩存在中等至强烈岩爆的倾向.

渣滓溪锑矿井下岩石岩爆倾向性研究

为了研究渣滓溪锑矿井下主要岩石的岩爆倾向性,以便有针对性地采取防治措施,采用岩体脆性指数、弹性变形能指数、冲击能指数和剩余能量指数4种岩爆倾向性判别指标,分别研究了井下凝灰质板岩、凝灰质砂岩、石英砂岩和锑块矿4种岩石的岩爆倾向性,结果表明,在具备一定外力的条件下,凝灰质砂岩无岩爆可能性,凝灰质板岩可能发生中等岩爆,石英砂岩肯定发生中等及以上岩爆,锑块矿肯定发生强烈岩爆。同时结合调查区域井下岩爆的实际发生情况,进一步论证了该结论的科学性。

一个新的岩爆倾向性指标-有效冲击能指标

针对目前常用的两个岩爆倾向性指标 :弹性能指数和冲击能指标在考虑岩石岩爆倾向性的不足 ,提出了能全面考虑岩石单轴加载过程中能量积累和耗散规律的新的岩爆倾向性指标 。

基于数字钻技术的岩石材料岩爆倾向性预测研究

为了超前预测岩石材料岩爆倾向性,建立岩石内摩擦角与数字钻参数之间关系的解析模型,同时构建内摩擦因数与剩余弹性能指数的关系,通过室内三轴试验研究6种岩石力学参数与剩余弹性能指数之间的相关性,提出基于数字钻技术的岩石材料的岩爆倾向性的超前预测方法。研究结果表明:在不同围压状态下,各岩石下的剩余弹性能指数与弹性模量、抗压强度均呈线性正相关关系;泊松比与剩余弹性能指数呈线性负相关;预测的岩石岩爆倾向性与室内试验结果基本一致,从而验证了该方法的可靠性。

基于线性储能规律和剩余弹性能指数的岩爆倾向性判据

在考虑岩石加载全过程中能耗特性的基础上，提出一种基于线性储能规律和剩余弹性能指数的岩爆倾向性新判据。选用14种岩石（包括6种花岗岩、2种大理岩、4种砂岩、1种板岩、1种灰岩）进行不同应力水平下的单轴压缩一次加卸载试验。

基于线性储能规律和剩余弹性能指数的岩爆倾向性判据

在考虑岩石加载全过程中能耗特性的基础上,提出一种基于线性储能规律和剩余弹性能指数的岩爆倾向性新判据。选用14种岩石(包括6种花岗岩、2种大理岩、4种砂岩、1种板岩、1种灰岩)进行不同应力水平下的单轴压缩一次加卸载试验,利用图形积分方式获得岩石试样在不同卸载点处的总输入能密度、弹性能密度、耗散能密度值,分别考察弹性能密度、耗散能密度和总输入能密度之间的定量关系,得到弹性能密度和总输入能密度之间的线性函数关系,发现储能系数(不同应力水平下弹性能密度和总输入能密度的比值)为定值的线性储能规律。在此基础上,提出一种计算岩石材料在峰值强度时储存在岩石内部弹性能的方法,改进了峰值能量冲击性指数的计算公式,进而建立一种基于剩余弹性能指数(峰前弹性能密度和峰后破坏能密度的差值)的岩爆倾向性判据。依据岩石试验破坏情况,提出基于定性指标和定量指标的室内岩石材料岩爆等级划分标准。研究结果表明,依据岩爆倾向性新判据所得判别结果和岩石材料实际岩爆倾向性等级比较一致,为从岩石材料全加载过程中能耗特性方面分析岩爆倾向性提供了一种新方法。

岩爆的判别指标和分级标准及可拓综合判别方法

岩爆是岩体高地应力区的一种重要地质现象,是岩体山区地下工程建设中比较关注的重要工程地质问题之一。根据岩爆的发生机理,从内因和外因两个方面提出3个影响岩爆发生的核心因素:围岩二次应力的最大主应力与岩石抗压强度比、修改的岩爆倾向性指数和岩体完整性指数。对岩爆倾向性指数的计算方法进行修改,提出修改的岩爆倾向性指数,并将它和岩体完整性指数作为内因,将围岩二次应力的最大主应力与岩石抗压强度比作为外因,以这3个影响因素为判别指标,并确定了岩爆发生等级的判断标准。在此基础上采用可拓方法对岩爆及其发生等级进行综合判断,并运用已经完成的工程实例对该套方法进行验证,最后将其在黄岛地下水封石油洞库工程中进行应用,得到较好的效果。

地下工程围岩潜在岩爆问题评估方法

潜在岩爆评估是工程前期或可研阶段预估工程施工风险、建设成本和规划工程布置中的重要课题,现有单独采用岩爆倾向性或应力与强度之比的评价方法存在不足。文中建议了一种地下工程潜在岩爆问题评估方法,综合考虑了岩石力学特性、围岩质量和地应力三方面的内外在因素,归纳了岩爆对应的地质条件,总结认为岩爆主要发生在II、I类围岩。以体积应变反弯点为卸载控制点,改进了岩爆倾向性指数的试验方法。综合考虑岩石弹性能指数、应力强度比和主应力比3个因素,提出了潜在岩爆指数新指标,并给出了相应界限值,可为工程可研阶段岩爆风险预估提供了一种操作简单、逻辑科学的评估方法。

岩爆预测技术综述及发展分析

对国内外岩爆的预测预报技术的原理、方法、优缺点及适用条件进行了综述,并对岩爆预测方法的发展趋势进行了分析。

层理倾角对受载千枚岩能量演化及岩爆倾向性影响

选择5种不同层理倾角的千枚岩进行单轴一次加卸载试验,探讨层理倾角对千枚岩变形破坏过程中能量演化及岩爆倾向性影响.试验结果如下:各岩样应变能演化相似,在应力峰值前表现为能量积聚,峰值后为能量释放和耗散.但随着层理倾角的增大,其储能极限、残余弹性能和最大耗散能均呈U型变化,通过拟合在60°均取得最小值;随层理倾角增大,在峰前岩样的弹性能比例值呈倒U型变化,其中在60°取得最大值,表明峰前在60°处用于层理压密做的功最少.而且在峰前最大弹性能比例随层理倾角增加变化幅值较小,体现出峰前层理倾角对储能效率影响较小.在峰后弹性能比例下降幅度大小为60°>30°>45°>90°>0°,说明含0°层理岩样的峰后裂隙发育最不充分表现出的脆性最大;结合弹性变形能指数(Wet)和冲击能量指数(Wcf)的优点建立新判据储能性能和峰后继续破坏耗散能的比例(W),并计算各倾角岩样的W值,其从小到大为60°→45°→30°→90°→0°.

基于裂纹损伤应力及声发射数的卸载点判断

岩爆倾向性指数Wet是广泛应用于评价岩石岩爆倾向性的指标。但是,由于试验过程中卸载点难以判断,使得试验结果往往存在较大偏差。目前,通常认为裂纹损伤应力和声发射相对平静期对应的初始应力均接近岩石的峰值强度,可以作为卸载点。但是哪种方法的效果更优尚不明确。通过对花岗岩进行单轴加载试验,在试验时同时监测岩样的应力-应变关系曲线及声发射数,发现裂纹损伤应力与声发射相对平静期对应的初始应力相接近,且二者均接近岩石的峰值强度。因而在试验机无法自动显示和监测裂纹损伤应力时,可以通过声发射监测,将声发射相对平静期对应的初始应力作为卸载点。同时,由工程实例表明,将声发射相对平静期对应的初始应力作为卸载点,其按岩爆倾向指数Wet计算所得的岩爆倾向性结论与现场实际监测所得的结论相符。