深埋硬岩隧洞岩爆倾向性指标RVI的建立及验证

在总结国内外岩爆倾向性研究的主要成果和理论方法的基础上,针对性地提出适合于深埋隧洞工程的岩爆倾向性评估新方法的建立过程和基本构架。分析锦屏II级水电站深埋隧洞群中62例岩爆案例,揭示岩爆的特征和主要控制因素,在此基础上提出新的岩爆倾向性指标RVI及其建立方法,确定RVI中岩爆控制因素的选取原则。RVI由4个控制因子构成,即应力控制因子Fs、岩石物性因子Fr、岩体系统刚度因子Fm和地质构造因子Fg,4个控制因子分别反映不同岩爆控制因素对岩爆倾向性的贡献。研究发现,锦屏II级水电站深埋隧洞岩爆破坏深度与RVI存在显著的相关性,建立的经验关系式的确定系数可达到80%以上,该经验关系式可评估深埋隧洞工程的岩爆倾向性和破坏程度。锦屏II级水电站深埋隧洞典型岩爆实例分析验证RVI的适用性。

岩爆倾向性指标及其相互关系探讨

岩石岩爆倾向性评价是地下工程岩爆风险评估的基础,评价指标众多,且各有特点,应用存在误区。在澄清岩爆倾向性概念的基础上,通过系统文献调研,对岩爆倾向性评价指标进行了归纳和分类,从获取方法的角度重点分析了岩爆倾向性指数W_(et)和强度脆性系数B。针对W_(et)获取中卸载点难以准确控制的传统难题,建议了以体积应变反弯点作为卸载控制点的试验方法,试验结果表明,该方法科学、有效。基于对岩石W_(et)和B值的充分调研总结,分析了二者的相互关系,改进了B值评价标准,为更科学合理地评价岩石岩爆倾向性奠定了坚实基础。

一种新的岩爆倾向性指标

从岩石的变形和破坏过程中的能量储存和能量耗散出发,指出岩石的单轴抗压强度与单轴抗拉强度之比值可以表征结构较完整岩石的弹性变形能的储存能力以及峰值前后的应变量之比值可以表征岩石的能量储存与耗散之间的相对大小,提出用这两种比值的乘积作为岩爆倾向性指标。采用铜陵有色金属公司冬瓜山深部矿床的典型矿岩进行试验,对这种新的岩爆倾向性指标与现有的岩爆倾向性指标进行对比分析,结合该矿床实际的岩爆调查,说明新指标可以较好地表征岩石的岩爆倾向性,并提出了这种新指标判据的初步建议。

一种基于Ⅱ型全过程曲线的岩爆倾向性指标

从Ⅱ型全过程曲线所揭示的岩体破坏过程中能量的储存和释放特征出发,并借鉴已有几个岩爆倾向性指标的合理之处,提出一种新的基于Ⅱ型曲线的岩爆倾向性指标。新指标充分借鉴Wet指标反映岩体的弹性与塑性倾向的能力,反映岩爆岩体破坏后区的能量转化特征,同时避免R指标采用硬岩的I型全过程曲线作为计算依据的不合理之处。通过对锦屏Ⅱ级电站辅助洞的岩石进行试验,表明新指标确实能够较好地反映岩体的岩爆倾向。

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 。

岩爆倾向性评价的弹性应变能指标法

采用“岩样-压机”系统从刚度和能量角度分析了岩爆产生的机理,解释了岩石峰值强度前弹性应变能的存储是岩石产生动力破坏的基本条件。对红透山铜矿矿石和围岩进行了单轴加卸载实验,并在实验的基础上采用弹性应变能指标对该矿的矿体和围岩的岩爆倾向性进行了评价。结果表明,该矿矿体和围岩均具有发生弱或强烈岩爆的倾向性。

深井硬岩岩爆倾向性的多指标自适应模式判别

采用多指标综合判别岩爆发生的倾向性时，往往产生各指标判别结果的不一致性。本文结合实例应用神经网络自适应模式识别方法可以很好地解决这种不一致性问题，实现了多指标综合判别岩爆发生的倾向性。

岩爆倾向性综合评价方法评述

岩爆倾向性作为岩爆灾害预测的重要指标,反映出在某种条件下岩体工程发生岩爆的活跃性和剧烈性,属于工程岩体本身特有属性,为了更好的防控岩爆灾害发生,极有必要开展岩爆倾向性综合评价方法研究。本文首先解释了岩爆倾向性的定义,在此基础上对各类综合性评价方法进行了评述,最后对其在矿山的适用性进行了分析。使用岩爆倾向性综合评价能够有效预测岩爆发生,减少其对地下工程施工人员和设备的危害,对矿区开采支护设计和岩爆防控提供基础依据,为矿山深部安全开采提供技术支撑。

马路坪矿深部开采岩爆倾向性模糊综合评判

开阳集团马路坪矿经过40多年的开采,某些中段即将进入深部开采的范围。为预测马路坪矿4种主要岩石在750中段、700中段和600中段的岩爆倾向性,对这4种岩石进行岩石力学试验,同时提出由不同影响因素构成的多种评判指标,通过理论预测法进行岩爆的模糊数学综合评判,最后运用级别变量特征值Hj作为评判准则来判断这4种岩石在3个中段的岩爆倾向性,得出这4种岩石随着开采深度的加大而岩爆倾向性增强的趋势。

西藏扎墨公路嘎隆拉隧道岩爆倾向性实验研究

岩爆是高地应力山区硬岩隧道施工主要地质灾害之一,岩爆倾向性分析是研究、预测岩爆的主要方法。西藏扎(木)墨(脱)公路嘎隆拉隧道埋深大,地应力高,岩性主要为花岗岩,发生岩爆的可能性大。结合嘎隆拉隧道工程实践,在隧道钻取了岩芯试样,进行了岩石单轴压缩实验、单轴压缩加载和卸载实验以及Kaiser效应声发射实验,开展了岩爆倾向性研究。实验结果表明,岩石冲击性能指标WCF(峰值荷载以前的能量积累与峰后的能量耗散之间的比值)皆>3.0,大多数试样的弹性变形能指数WET(全应力—应变曲线峰值前区卸载曲线下面的面积与加卸载曲线之间的面积之比)>2.5,岩石具有强岩爆倾向;岩石声发射(AE)撞击数累计数-时间曲线特征属于第III类,当应力接近峰值时声发射突然迅速增大,岩石很快发生突然而猛烈的破坏,其岩爆倾向性强。隧道施工实践表明,在研究区段有岩爆现象发生,但由于地下水较发育,定为弱岩爆现象。岩爆倾向性研究为嘎隆啦隧道安全施工和支护设计优化提供了信息,也为西藏复杂地质条件下类似工程建设提供一定的借鉴。

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。

冬瓜山岩爆倾向性影响因素的灰色关联度分析

运用灰色关联度理论 ,探讨了冬瓜山铜矿床岩石岩爆倾向性与其物理力学性质之间的关系。研究表明 ,该矿岩石岩爆倾向性与其单轴抗压强度强烈相关。

确定岩石岩爆倾向性的新方法及其应用

研究了岩石岩爆倾向性指标的确定方法 ,提出了用岩石脆性系数计算的新公式和一个简单、可靠的确定岩石岩爆倾向性大小的指标体系 ;提供了一种能明确确定岩石岩爆倾向性的实验方法—峰值荷载下的松弛试验 。

小厂坝矿区岩爆倾向性研究

岩爆倾向性是研究岩爆发生机理及发生机制的基础,本文采用脆性岩爆指标、Barton岩爆指标、弹性变形能岩爆指标和冲击能岩爆指标对矿体及上盘、下盘主要围岩进行了岩爆倾向性研究,根据各指标的评价结果进行了综合评判。研究结果显示,矿体和下盘围岩属于强岩爆倾向性,在矿体开采过程中,应加强对地压变化的监测,采取适当措施,采用合理的开采方式及开采顺序,降低岩爆发生的概率和强度。

花脑特矿区基于变异系数-突变级数法的岩爆倾向性综合预测

为了准确预测花脑特矿区深部中段岩爆倾向性,选取岩石单轴抗压强度、冲击能量指数、弹性应变能指数、地应力指数和RQD值等五个指标,通过地应力测量、室内岩石力学试验、Sirovision岩体节理裂隙调查,获得岩爆倾向性单指标评价结果,同时引入变异系数-突变级数法建立岩爆多指标评价体系,利用岩爆倾向性单指标评价结果计算突变级数值,并与岩石实际岩爆等级进行比较分析。分析结果表明,样本突变级数值与实际岩爆等级存在正相关关系,可以进行岩爆倾向性预测。研究结果表明:变异系数-印第安人茅舍突变级数值法在白音呼布花脑特矿区具有较好的适用性,可作为矿山后续工程中岩爆倾向性预测依据。

玲珑金矿花岗岩岩爆倾向性的实验研究

通过基本岩石力学实验,得到了花岗岩的力学参数,在此基础上,建立了三种岩爆倾向性指标(岩石脆性指数、岩石弹性变形能指数、岩石冲击能指数)对其进行岩爆倾向性判别,结果表明:玲珑金矿花岗岩为强岩爆倾向性,已具备了发生强烈岩爆的内部条件。

基于室内试验的岩爆倾向性评价分析

岩爆现象直接威胁地下洞室施工人员、设备的安全,影响工程进度。目前,通常采用室内试验的方法对岩石的岩爆倾向性进行判断。文中针对目前岩爆倾向性评价指标繁多的现象,将现有岩爆倾向性评价指标按获取方法分为三类:应力-应变曲线;强度特性;综合指标。文中针对黑龙江荒沟抽水蓄能电站地下洞室开挖区可能存在岩爆现象的问题,采用岩爆倾向性指数Wet对地下厂房处岩石进行岩爆倾向性评价,结果表明该处岩石具有轻微岩爆倾向性。

深埋隧洞应变型岩爆倾向性评估的新数值指标研究

应变型岩爆是深埋隧洞常见且频发的岩爆类型,严重威胁深埋隧洞施工安全,其破坏位置和程度的准确评估对该类岩爆的防治具有极为重要的工程意义。在系统总结和分析国内外岩爆倾向性数值指标评估方法优势和不足的基础上,从局部能量释放率基本理论出发,提出新的岩爆倾向性评估数值指标,即相对能量释放指数(RERI)。全面地阐述该指标的构建思想和基本原理及其物理意义,并将该指标成功应用于锦屏二级水电站引水隧洞应变型岩爆和加拿大Rm415试验洞脆性破坏等问题分析,验证新指标的合理性和适用性。研究表明,RERI指标能够较为准确地指出高应变型岩爆风险区域和位置,并能相对准确地指出深埋隧洞岩体开挖损伤区的范围,为深埋隧洞应变型岩爆灾害和脆性破坏的评估与防治提供新理论和分析工具。

深部蛇纹岩岩爆倾向实验研究

为使某矿区开采顺利进行,提前预防岩爆灾害的发生优显重要与关键,因此对该矿区深部蛇纹岩进行了单轴抗拉试验、抗压试验和加卸载试验,并在此基础上进行岩爆倾向性研究。在对岩石脆性分析的基础上,以岩石的脆性系数作为岩爆倾向性的衡量标准,分析了蛇纹岩的岩爆倾向性。试验结果表明,该矿区蛇纹岩脆性系数K>5,具有严重的岩爆倾向;此外还采用了冲击性能指标WCF作为判别依据,发现WCF>3,验证了该矿区蛇纹岩具有严重的岩爆倾向。最后提出多种防治岩爆发生的措施建议,为类似的矿区进行安全开采和工程建设提供一定的指导和借鉴,岩爆的倾向性研究也为工程安全施工和结构设计优化提供信息。

基于最大能量耗散率的岩爆倾向性指标研究

岩爆倾向性判别为隧洞岩爆风险评价提供了基本依据。在分析岩石单轴压缩各阶段能量耗散演化特征的基础上,提出基于最大能量耗散率(耗散能密度时间导数的最大值)的岩爆倾向性评价新指标,从稳定性判定准则、经验和岩爆倾向性定义3个角度阐明其科学合理性。为定量计算所提指标,建立考虑空隙压密和初始损伤的弹脆性损伤本构模型;为验证指标及损伤模型的适用性,开展4种岩石(玄武岩、花岗岩、灰岩、砂岩)在刚性和柔性压力机下的单轴压缩及循环加卸载试验。最后基于正交试验、相关性分析和极差分析,揭示岩爆倾向性的影响因素及不同指标间的内在关系。结果表明:岩石单轴压缩应力–应变曲线峰后阶段存在能量耗散率峰值,该值可作为材料固有稳定性指标评价岩爆倾向性,兼顾了岩石的峰前能量储耗特性和峰后特征;所提弹脆性损伤模型较好反映了岩石单轴加载下的非线性力学行为和内蕴能量演化特征,应力–应变和耗散能密度理论曲线均与试验值吻合良好;不同岩石最大能量耗散率与实际岩爆等级一致,证实了所提指标的可靠性;弹性模量、脆性和初始损伤是岩爆倾向性的主要影响因素,最大能量耗散率指标较好体现了岩石脆性对岩爆倾向性的影响,与剩余弹性能指数的相关性最强(相关系数0.940)。研究成果可为岩爆倾向性的合理评价提供理论依据和参考。