不同强度顶爆下含锚固硐室Ⅲ类岩体塑性变化规律研究

为了进一步提高锚固硐室的抗爆能力,利用数值分析方法研究了不同强度顶爆下含锚固硐室Ⅲ类岩体的塑性变化规律。在试验动载作用下,整个模型主要在爆腔周围产生了半径大约42 cm拉剪屈服,并在侧墙上部其他区域岩体发生受拉屈服。随着动载强度加强,拉剪屈服区域以爆腔为中心呈球形向四周辐射,并逐渐向拱腰发展,且拱腰处的拉剪屈服区域逐渐向两边大约45°方向扩展,与硐室两侧发展下来的拉剪屈服区域相连接;受拉屈服区域也逐渐从两边向中间扩展,并且底板中间受拉区域逐渐从上向下、从中间向两边发展。

顶爆下锚固硐室拱顶变形与加速度响应模型试验

若地下硐室拱顶的变形或加速度过大,其围岩就会因此而破坏或不稳定。为了探索锚固硐室拱顶变形与加速度对爆炸荷载的响应规律,开展了室内顶爆模型试验研究。根据Froude相似原理,对顶爆试验进行了设计,对开挖硐室围岩采用不同锚固参数锚杆进行了加固。通过测定硐室拱顶变形与加速度波形曲线及其峰值,比较了不同锚固参数硐室拱顶变形、加速度及其最终破坏形态特征的差异性。结果表明,在爆炸荷载作用下,当硐室拱顶的环向应变、加速度波形处于正峰值时,拱顶曲率减小,围岩产生拉伸变形;锚杆间距比其长度对硐室拱顶变形的影响大;当锚杆的长度增大到一定程度时,对拱顶变形和加速度减小的作用并不明显,反而增大了拱顶加速度;当锚杆长度相同时,疏锚杆硐室拱顶出现了下沉、纵横向裂缝和掉块;当锚杆间距相同时,短密锚杆硐室拱顶仅出现了裂缝,但偏离了纵向方向,而长密锚杆硐室拱顶的变形相对较小,仅产生纵向直裂缝;拱脚加长硐室拱顶的变形比疏锚杆硐室小一个数量级,且其拱顶加速度相对较小,故采用这种加固方式有利于维护拱顶稳定。综合比较变形、加速度对硐室拱顶稳定性的影响发现,前者大小能在一定程度上可以作为判定影响拱顶稳定性的关键指标,而后者只能视作辅助性指标。

顶爆作用下锚固硐室围岩动态裂纹分布及产生机理

利用动态数值模拟软件,研究了锚固硐室在顶爆作用下的裂纹分布,并对裂纹产生机理进行了分析。通过应力波的传播过程和与模型试验裂纹分布对比,得出数值模拟的结果比较可靠。随着爆炸应力波的传播,主要在地表和硐室表面由于反射拉伸产生"层裂",以及在锚杆之间和拱脚侧面产生大量裂纹。通过对比毛硐和锚固硐室裂纹分布,发现毛硐的裂纹明显比锚固硐室分布广、粗,这说明锚杆的抗爆效果比较好。