梯度应力作用下模型试件声发射-红外特征及岩爆孕育演化研究

为研究不同梯度应力作用对岩体岩爆特性的影响及岩爆孕育的时空演化规律,借助YB-A型岩爆模拟试验装置对具有岩爆倾向性的模型试件进行梯度应力作用下的加卸载试验,利用高速摄像机、红外热像仪和声发射(AE)等监测手段,捕捉试件在加载作用下的AE变化特征及红外辐射特征,对模型试件加载过程中AE特征参数进行处理并对热像进行图像增强处理与能量演化分析,分析梯度应力作用下模型岩爆孕育过程的时空演化规律。研究结果表明:模型试件受均布加载、低梯度加载与高梯度应力下的岩爆孕育演化特征存在明显差异;模型试件在梯度应力作用下的岩爆孕育过程中呈现出的AE特征、红外辐射时空演化特征与岩爆孕育发生过程具有良好的同步性,且其AE特征与红外辐射特征随应力梯度作用的不同而存在明显的差异;随着模型加载应力梯度的增大,模型加载过程中能量累积段时间增加、耗散阶段时间变短、能量释放率变大,能量积累-耗散-释放各个阶段的差异是模型岩爆烈度随加载应力梯度增强的原因。

深埋隧道强烈岩爆孕育微震主频演化规律

岩爆是深埋隧道施工过程中常见的一种地质灾害,严重制约深埋隧道开挖的安全和效率。本研究从岩爆孕育相关的岩体破裂所释放微震波频率的角度出发,建立了基于微震波频率衰减特征的隧道岩体破裂微震主频计算方法。分析了锦屏二级水电站引水隧洞群大埋深大理岩洞段,隧道掘进机(TBM)和钻爆法两种施工方法下的典型强烈岩爆案例。研究结果表明:TBM强烈岩爆孕育时岩体破裂微震主频由高向低交替变化,且在岩爆发生当日降低到最小,钻爆法强烈岩爆的微震主频演化则是无序的;TBM和钻爆法强烈岩爆孕育过程中单日最小微震主频一般低于200 Hz,且TBM单日最小微震主频呈逐渐降低的趋势。微震主频的演化规律可为深埋隧道岩爆预警预测提供参考。

雅鲁藏布江缝合带深埋长大隧道群岩爆孕育及特征

为揭示雅鲁藏布江缝合带对区域内深埋长大隧道群岩爆的孕育作用,探明岩爆时空分布与破坏特征规律和影响因素,以新建川藏铁路桑珠岭隧道和巴玉隧道为工程依托,通过地质调查、现场试验、地应力三维反演、岩爆记录统计等方法对隧道高地温、高地应力条件的形成、特征和影响进行分析,最后结合热力耦合计算就高地应力、高地温对隧道岩爆的影响进行了比较分析。研究结果表明:受控于缝合带特殊的大地构造以及新生代岩浆活动影响,区域内深埋长大隧道群呈现出高地应力和高地温特征;两座隧道受水平地质构造和大埋深影响显著,其中桑珠岭隧道轴线处最大水平主应力、自重应力分别为巴玉隧道轴线处的1.44和0.78倍;受竖向应力控制岩爆的空间分布集中在拱顶和掌子面,而邻近河谷区域受水平应力影响在近雅鲁藏布江河谷一侧岩爆次数明显居多。现场试验表明两座隧道围岩均具有弱～中等岩爆倾向,但因岩性产生的岩爆倾向性差异不明显;受大地热流及局部熔融体埋深影响,两座隧道的高地温差异显著,结合热力耦合模型计算表明桑珠岭隧道受高地温影响,开挖过程中的热力耦合作用明显,而巴玉隧道岩爆主要受到竖向高地应力影响。

岩爆孕育发生过程中的微震活动规律研究

为提高采用微震监测技术预报岩爆的准确率,基于最小耗能原理,通过理论分析,花岗岩室内试验和数值分析等方法,揭示了岩爆的孕育发生机理,提出了岩爆发生的准则,建立了岩爆的孕育发生过程的本构方程,探讨了由声发射频次确定的损伤演化曲线与岩爆的损伤演化曲线之间的关系,揭示了应力、能量积累转移与微震活动空间分布规律之间的内在联系.研究结果表明:岩爆的孕育过程是以损伤耗散为主的储能过程,发生过程是以塑性耗散和弹性能释放为主的能量释放过程;同时满足裂纹扩展完成准则和极限储能准则时发生岩爆;由声发射频次确定的损伤演化曲线与岩爆的损伤演化曲线有很好的一致性;通过监测微震活动空间分布规律可揭示岩爆孕育发生过程中应力和能量分布情况,为建立岩爆预报模型提供依据.

地下金属矿山岩爆研究进展及预测与防治

随着开采深度的增加,矿岩条件与开采环境的恶化,岩爆越来越成为地下金属矿山开采过程中难以避免且频繁发生的动力灾害。在对国内外地下金属矿山岩爆发生现状、影响因素、典型特征、类型与等级、孕育发生过程等全面综述的基础上,探讨、分析井巷和采场岩爆的预测与防治技术。结果表明:(1)世界范围内大体上可划分为6个岩爆区,目前我国有20余座地下金属矿山已经发生或正在经历岩爆灾害,且主要自东北至西南近海岸线一侧呈"S"型分布,近30 a来发生岩爆的矿山数量呈递增趋势;(2)地下金属矿山岩爆影响因素可划分为3类:I类(内在决定因素)、II类(外在诱发因素)、III类(加剧因素),各类因素之间既相互独立又相互影响;(3)基于工程类型,可划分为井巷岩爆和采场岩爆两类,其中,井巷岩爆工程防护总体应遵循"主被动支护相结合、刚柔性支护相结合、单一支护向多方法协调支护转变"的基本原则,而采场岩爆的防治尚处于研究探索阶段,分析认为其防治可从采矿方法与工艺、采场布置及开采顺序等方面开展工作,充填采矿法是解决深井开采岩爆等地压灾害问题的主要方向和趋势;(4)地下金属矿山岩爆的防治应贯穿整个开采全过程,建立长效的监测与反馈机制和形成相应的行业技术规范是该领域的迫切需求。最后,探讨、分析了地下金属矿山岩爆相关研究面临的难题和今后的重点研究内容,可为该工程领域岩爆防治体系的建立及采矿工程设计研究提供参考。