抛掷型岩爆震源体能量动态释放机制与几何尺度特征

为了进一步理解岩爆的机制并解释岩爆发生的过程,通过对抛掷型岩爆能量来源、去处及大小的分析,提出了抛掷型岩爆的震源两体模型。抛掷型岩爆本质上是释能体-岩爆体相互作用下岩石裂纹动态扩展和能量快速释放的过程。从岩爆体张拉断裂机制出发,采用脆性内聚裂纹阵列扩展动力学模型分析了裂纹间距与应变率对岩爆体能量释放速率的影响。据此得出释能体对岩爆体的作用可归结为应变率效应,释能体能量释放速率越大,对岩爆体的动态加载速率就越大,使得岩爆体能量释放速率加快。岩爆体破裂能量释放速率越大,作用于释能体的动态卸载速率就越大,又使得释能体的能量释放速率增大,两体相互作用形成的动态加、卸载效应构成了岩爆能量释放的正反馈机制。基于上述理论推导得出岩爆震源体的几何尺度是岩爆体的几倍到几十倍,理论结果与现场实际监测分析基本吻合。

剪切抛掷型岩爆破坏的力学模型

根据大量工程岩爆实例,总结抛掷型岩爆的特征,提出了一个剪切抛掷型岩爆的简化力学模型,对抛掷型岩爆发生的物理力学过程进行研究。研究结果表明:岩石系统的稳定性首先取决于围岩系统内部的刚度分布。

抛掷型岩爆机制与模拟试验技术

为探讨高地应力隧洞岩爆机制，在岩爆试件试验的基础上，对抛掷型岩爆机制提出4点新的认识，即围岩中要发生抛掷型岩爆，单靠岩爆体本身积蓄的能量还不够，必须要有周围岩体对其破坏过程进行能量补充；工程中发生岩爆时，洞壁围岩会对岩爆体产生能量汇聚，这是抛掷型岩爆发生的重要前提；在抛掷型岩爆发生过程中，动、静状态转化是由洞壁围岩对岩爆体释放的能量有剩余造成的；在岩爆应力判据中，围岩在σθ／RC=0-3～0．7的条件下就可能发生岩爆，甚至可能发生强烈岩爆，这是因为围岩不是均质体，围岩内存在应力集中区和软弱结构区。现有的岩爆模拟试验采用油压控制系统加载无法实现抛掷型岩爆，这是因为油路供油速度缓慢所致。对抛掷型岩爆模拟试验技术，提出新的试验方案，研发新的试验装置，开展新的岩爆模拟试验。实践证明提出的试验技术和试验装置均能较好地模拟抛掷型岩爆现象，可供岩爆机制研究、教学及相关工程建设参考。