声发射技术用于工程岩体灾害预报的试验研究初探

本文通过对二个工区岩样进行的岩石变形过程声发射测试及KAISER效应测地应力的尝试,探索了采用岩石声发射技术预报工程岩体灾害的可能性。指出:根据岩石变形破坏过程中的声发射变化规律及断层构造带的地应力变化趋势可以对围岩动态失稳、滑坡、塌方及断层构造带的活动状态实行有效监测预报。

隧道岩体崩落灾害下施工人员疏散模拟方法研究

在隧道工程建设过程中,岩体崩落等安全事故属于常见的危险情况。为能够综合考虑到岩体坍塌这类动态危险障碍物对隧道内施工人员应急疏散的影响,选取某高原地区铁路隧道工程作为研究对象,运用元胞自动机理论(CA)构建了隧道内人员与动态危险障碍物(如落石)轨迹交互模型,并研发了岩体崩落时的人员疏散模拟方法。在此基础上,对隧道内不同岩体崩落灾害等级和范围下的应急疏散过程进行了分级分段的数值模拟和讨论。结果表明:开发的数值模拟方法能够准确地模拟出不同灾害等级下人群在岩体崩落时的疏散过程和伤亡情况;根据模拟结果可知,当发生同一等级的岩体崩落事故时,随着灾害范围的扩大,受伤人数增加,整体疏散速度变慢,从而导致疏散时间延长;同时,灾害等级也是影响施工人员安全的主要因素,灾害等级越高,坍塌岩块的密度越大,从而增加了临灾群体受伤和死亡的概率。该疏散模型为隧道灾害条件下施工人员应急疏散提供了参考依据。

岩体工程灾害微震监测系统的新进展

微震监测目前被认为是岩体灾害，特别是对于岩爆预报最有效的监测方法之一。本文总结了微震监测系统存在的问题，介绍了十多年来我们在微震监测仪器、波形识别以及声源定位技术等方面研究所取得的进展。

采动力学与岩层控制关键理论及工程应用

研究岩体采动力学响应和岩层控制技术对促进煤炭安全高效开采、保障能源稳定供给具有重要意义,是实现煤炭资源科学开采的理论基础。矿山岩体灾害(围岩变形、冲击地压等)频发,其形成-演化-发生全过程与采动力演化分布、岩层运动、开采扰动和能量演化密切相关。基于实用矿山压力控制理论,提出并阐述了采场岩层控制进展与控制准则,建立了定量分析的力学模型和设计方法,发展了针对性的岩体灾害控制技术,并创新研制了配套试验研究装备。采动力学与岩层控制理论将岩层控制分为采场岩层控制和巷道围岩控制;提出控制或利用采动岩层运动改变致灾条件,给出“给定变形”和“限定变形”准则;调控“3S”因素准则(围岩应力环境、围岩结构属性、围岩支护结构)改变围岩自稳能力。以岩体灾害控制为目标,提出了以“应力主控”为核心的释能主控技术;建立了岩体灾害控制大小原理和弱面判据(安全系数K、冲击危险性系数U);研发了采场矿压机械模拟试验系统、采动力试验系统和蠕变及动力扰动冲击加载试验系统,实现了实验室尺度还原采动力作用下岩体变形-破裂-运动过程,为研究采动力作用下岩体力学响应提供了试验装备;分别从采场岩层控制、地质软岩巷道控制、工程软岩巷道控制及冲击地压控制4个方向进行了工程案例研究,相关研究成果在工程应用中得到了验证。

预制裂隙岩石单轴压缩声发射特征研究

为了研究预制裂隙岩石失稳破坏过程中声发射特征,对预制不同倾角裂隙岩石进行了单轴压缩声发射试验,分析了预制裂隙岩石变形破坏特征及声发射信号变化规律。结果表明:随着预制裂隙倾角的减小,岩石试件的抗压强度逐渐降低,达到峰值应力的时间逐渐缩短,破坏时的轴向应变逐渐减小,试件由拉伸劈裂破坏向剪切滑移破坏转变;随着预制裂隙倾角减小,试件首次出现声发射能量和振铃计数峰值的时间提前、所需加载的轴向应力减小;声发射累计振铃计数随加载时间的增加呈非线性上升趋势,且预制裂隙倾角越小,声发射累计振铃计数上升速率越快。

单轴压缩过程砂岩破坏特性研究

岩体灾害孕育过程中引起的岩体变形、破坏,会改变岩体的声学特征,在工程中可通过观测声波在岩石内部传播变化判别岩石的稳定性和承载状况。为了确定砂岩裂纹扩展不同阶段声波传播规律与破坏模式,通过声波监测装置及岩石破裂全过程分析系统RFPA2D研究单轴压缩下砂岩在不同应力水平下波速变化及破坏模式。结果表明:砂岩在进入弹性加载阶段前波幅增速最大,在随后的弹性加载阶段纵波波速增长速度最快,在发生宏观破坏前纵波波速达到最大;根据裂纹应变模型得到裂纹闭合应力σcc约为0.19σc;裂纹起裂应力σci约为0.28σc;在体应变达到极值时,得到试样的损伤应力,砂岩的损伤应力σcd约为0.66σc;由RFPA2D得到由于拉破坏和压剪破坏产生的声发射数,得到在加载初期岩石微裂纹的产生均为压剪破坏,由于压剪破坏产生的剪切面出现时,拉破坏成为主导因素,并导致裂纹扩展及贯通,最终试样失稳破坏。可见砂岩破坏经历的压密阶段—弹性阶段—裂纹稳定扩展阶段—裂纹加速扩展—峰后阶段纵波波速均在增大,破坏模式在加载初期主要为压剪破坏,裂纹扩展阶段主要为拉破坏。此结论可对岩体内部裂隙发育程度做出预测预判,为岩体灾害的防治提供参考。