岩爆倾向性估计的能量密度准则

为了估计高应力地区隧道工程施工的岩爆倾向性,根据高应力地区深埋隧道施工时发生岩爆的实际情况、地应力和岩石力学参数的测试结果,在采用有限差分软件FLAC3D建立隧道开挖模型基础上,进行了隧道开挖过程的数值模拟,比较了实际岩爆发生情况、不同断面位置(拱顶、拱腰、拱脚、墙腰、墙脚、拱底)最大弹性应变能密度α、储存-极限弹性应变能密度比值β的模拟结果,提出了基于最大弹性应变能密度α、储存-极限弹性应变能密度比值β的岩爆倾向性估计方法。结果表明,当最大弹性应变能密度分别为α<34.08 kJ/m^(3)、[34.08 kJ/m^(3),78.50 kJ/m^(3)]、[78.50 kJ/m^(3),114.27 kJ/m^(3)]、α>114.27 kJ/m^(3)时,或者储存-极限弹性应变能密度比值分别为β<1.0、[1.0, 2.5]、[2.5, 5.0]、β>5.0时,可能发生的岩爆等级分别为轻微、中等、强烈、剧烈;使用这2个能量密度判据,岩爆预估结果与实际情况基本一致。

铜矿峪矿地应力场特征及深部岩爆预测分析

目前,铜矿峪二期工程进入410 m中段开采。该段开采结束后,将转入深部工程开采。随着开采深度的不断增大,将面临地应力增大所带来的问题。以铜矿峪矿地应力场和深部岩爆预测为研究对象,采用应力解除孔壁应变法对800~870 m水平的原岩应力进行测量,得出了铜矿峪矿区地应力场的一般规律,并在220~410 m水平开展了18个钻孔岩心物理力学参数的测量,结合Barton法、国标法和陶振宇法等判据,完成了对220~410 m水平深部开采区域的岩爆预测分析。

非对称开采时矿柱岩爆的准则与前兆

本文建立了非对称开来时矿柱岩爆问题的简化力学模型，用计算机符号运算求出了模型的理论解。在此基础上讨论了岩爆准则与前兆，并进一步讨论了岩爆发展过程与前兆规律。文献[1]、[2]、[3]及本文的工作表明，各种条件下的矿柱岩爆问题都具有非恒定变形速率的特点，因此顶板下沉速率趋于无穷作为矿技岩爆前兆具有普遍性。

基于非线性屈服准则及主应力判据的圆形巷道围岩岩爆过程的数值模拟

鉴于考虑拉伸截断的线性莫尔-库仑屈服准则不能考虑岩石在高应力条件下的非线性屈服特征,根据虎克-布朗本构模型,将上述屈服准则在受压区的线性屈服函数修改为非线性形式。采用3种岩爆的主应力判据,判别圆形巷道开挖之后围岩中各种级别岩爆的分布及演变规律。计算采用"先加载,后挖洞"的方式,岩石服从弹—脆—塑性本构模型。研究发现,发生高级别岩爆的单元数少于发生低级别岩爆的单元数;轻微岩爆区的形态更接近于塑性区及剪切应变增量的高值区。根据巴顿判据,发生重岩爆的单元数较多,而且主要发生的是拉伸岩爆;根据陶振宇判据,发生轻微及中等岩爆的单元数均多于根据谷明成-陶振宇判据判别的结果。上述两种判据判别的结果均表明,在不考虑拉伸岩爆的条件下,只有位于围岩内部的单元才有可能发生高级别的岩爆,而位于巷道表面的单元一般仅发生轻微岩爆。

应用弹性力学原理求解发生岩爆的强度准则

阐述了岩爆是高地应力环境岩石地下空间围岩积聚的应变能突然释放所引起的动力失稳现象,通过对弹性力学原理及强度破坏准则的研究,并借助于弹性力学中平面问题的极坐标解答,从而导出岩爆发生的条件。

西部地应力测量与岩爆分析

通过对我国西部一些重点工程的地应力测量,大致得出西部工程的应力状态,并从实测地应力资料出发,采用现有的、普遍应用的岩爆判别准则,对这些工程在施工开挖期间的地下工程进行岩爆预测分析。

基于矩张量的深埋隧洞岩爆机制分析

以锦屏二级水电站微震监测数据为基础,将矩张量引入到深埋隧洞岩爆机制分析研究中。对分析过程中遇到的2个关键问题提出了针对性的建议:①隧洞工程为线性工程,传感器布置空间有限,难以形成良性传感器阵列,矩张量分析结果的可靠性受到很大的影响,为此,提出了数值计算过程中的坐标系空间旋转法。该方法按最优路径旋转隧道坐标系,使对于同一个事件的每个传感器,源-传感器射线到新坐标系的3个方向余弦差值在10倍数值范围以内,在数值计算过程中,可以得到较理想的矩张量结果。②针对Ohtsu使用矩张量分解判断岩石破裂类型的方法中,提出的各分量比重计算公式,仅适用于各分量均为受拉的情况。考虑快速掘进条件下隧洞工程受力方向的不确定性,扩展其分量比重计算公式到更一般适用状态。在此基础上,建立了一套完整的岩爆孕育过程矩张量分析方法。利用该方法对锦屏二级水电站典型岩爆微震数据进行分析,结果表明,该方法可以较好地解释岩爆孕育过程岩石破裂演化机制。

地下硐室岩爆的突变理论研究

用分段的岩石应力－应变全过程曲线作为本构关系，对圆形硐室受静水压力的状态作了分析，将受力岩层分成软化区和弹性区，用突变理论建立的势函数分析了突变模型，给出了发生岩爆准则，并与实测结果作对比，表明这种研究方法的有效性。

TBM隧道施工期岩爆预测方法探讨

针对隧道掘进机(tunnel borring machine,TBM)施工阶段岩爆倾向性指标存在的不足,综合考虑围岩应力状态、岩体完整性、岩石强度、施工扰动等岩爆关键影响因素,提出了一种适用于隧道施工阶段的新型岩爆及时预测方法。首先,细致地分析了岩石强度?_c _i、脆性系数?_(ci)/?_t、地质强度指标GSI、开挖扰动系数D和最大地应力?_(max)等施工阶段参数特点,引入Hoek-Brown强度准则估算工程岩体强度,基于工程岩体强度应力比思想,提出新型岩爆预测指标表达式,并给出岩爆的分级界限值。工程实例进一步验证新方法的合理性。文中方法为施工期岩爆预测问题的研究提供了一种新的和切实可行的思路。

基于人工神经网络的岩爆预测方法

在分析岩爆主要影响因素的基础上 ,建立了一种新的人工神经网络岩爆预测模型。采用已有岩爆发生数据作为训练样本对网络进行训练 ,利用收敛的网络进行岩爆烈度预测 ,预测结果与实际吻合 。

基于环向应力岩爆判据的不同级别岩爆区分布的数值模拟研究

为了避免莫尔-库仑和虎克-布朗屈服准则各自的缺陷,采用C++语言对FLAC进行了二次开发,将它们复合在一起,提出了一种弹-脆-塑性的本构模型。采用徐林生及Russense判据(环向应力与单轴抗压强度之比)作为岩爆判据,研究了在不同围压条件下,圆形洞室开挖之后围岩再次平衡时已发生的各种级别岩爆区的分布规律,对严重、中等及轻微岩爆区的关系进行了讨论。将数值计算结果与现场观测结果之间的差异及共同点进行了定性分析。研究发现,随着围压的增加,围岩中发生各种级别岩爆的单元数不仅增多,而且向围岩深部迁移。

某水电站引水隧洞岩爆可能性判别及预测

新疆某水电站引水隧洞开挖中发生多次应变型零星岩爆,主要表现为劈裂破坏后成层剥落,给工程建设和人员设备安全带来较大威胁。在区域地应力场回归分析的基础上,针对依据现有规范无法得到爆坑深度及对非圆形洞室判断结果存在一定误差的不足,引入了硬脆性岩体破坏预测准则(m-0准则)。在对该准则进行适应性判别后,采用所提方法和规范方法对该水电站引水隧洞剩余洞段岩爆可能性进行了综合判别。结果表明:采用m-0准则可对爆坑深度进行有效预测,剩余洞段岩爆主要以片帮和连续剥落的轻微岩爆为主,局部洞段具有发生中等岩爆和强烈岩爆的可能性。研究结果可用于该工程后续洞段开挖支护设计,另可为类似深埋硬岩工程岩爆可能性判别提供一定的借鉴及参考。

岩爆分级预测的支持向量机方法

根据岩爆发生判别准则的4个指标,在利用收集到的岩爆资料数据的基础上,采用SVM方法对岩爆的等级进行了预测分析。通过对冬瓜山矿的应用分析,表明该岩爆分级方法是可行的。

基于距离判别分析的矿山岩爆倾向性评价

为了科学有效地应用距离判别分析法评价某矿山深部岩爆倾向性等级,通过搜集整理大量国内外岩爆数据,并结合矿山深部现场情况,确定6个岩爆倾向性指标。选取9个待测点,进行力学试验获得待测点的岩爆指标,引用马氏距离建立评判准则,确定待测数据的岩爆倾向性,并通过回代误判率和交叉误判率检验判别准则的准确度。结果表明:该金属矿待测点X2、X3、X4、X5、X7、X8和X9的岩爆倾向性均为轻微岩爆,待测点X6的岩爆倾向性为中等岩爆,待测点X1的岩爆倾向性为强岩爆。矿山实际情况表明,待测点X1有强岩爆现象发生,评价结果与矿山实际情况相符。该方法在矿山岩爆倾向性评价中具有较好的适用性和有效性。

基于改进的未确知聚类模型的岩爆倾向性预测

在采用未确知聚类评价模型进行多指标分级评价时,常采用置信度识别准则作为待测对象的属性识别,该准则中置信度的取值由人为取定,当置信度取值不同时,得到的分级判定结果往往出现差异,甚至产生完全不同的判定结果。通过距离判别的思想将未确知聚类理论中的置信度识别准则进行改进,并运用到岩爆烈度的分级预测中。根据岩爆发生的主要影响因素,选取岩石单轴抗压强度σ_c、单轴抗拉强度σ_t、最大切应力σ_θ及岩石的弹性变形能指标W_(et)为岩爆主要影响因子。并以σ_c/σ_1、σ_θ/σ_c、W_(ey)为岩爆烈度等级评价因子,建立未确知测度模型,以距离判别改进后的属性识别方法进行分级预测,并与原置信度识别准则得到的判别结果进行分析和比较。为验证改进模型的实用性,以贵州开磷集团马路坪矿区为例,采用改进的未确知聚类模型对其岩爆烈度等级进行预测分析。结果表明,预测结果与实际情况基本吻合,证明采用改进后的未确知测度模型的判别结果不仅消除了由于置信度取值不同造成的判别结果误差,降低了人为主观因素的影响,而且具有较高的判别准确性和可行性。

岩爆灾害博弈论组合赋权预测模型及应用

为解决岩爆分级预测中组合赋权合理性以及最大隶属度评判原则适用性较差的问题,提出基于博弈论组合赋权的集对分析预测模型。首先,选取应力系数σ_(θ)/σ_(c)、脆性系数σ_(c)/σ_(t)、弹性能量指数W_(et)作为预测指标,建立岩爆分级预测指标体系;其次,应用博弈论对德尔菲法和熵权法得到的指标权重进行组合赋权优化,结合集对分析理论,建立岩爆分级预测的组合赋权集对分析模型;然后,综合使用最大隶属度原则和置信度准则判定岩爆等级;最后,以15组岩爆样本数据验证该模型的有效性,并预测金川二矿深部开采中的岩爆烈度。结果表明:该模型可提高组合赋权及等级判定的科学合理性,预测准确率为87%;金川二矿850 m水平中段岩爆烈度等级为轻微~中等,与实际情况相符。

基于改进MATLAB-BP神经网络算法的隧道岩爆预测模型

针对岩爆预测这一地下工程领域中的世界性难题,通过总结和阐述众多学者关于岩爆影响因素、预测方法和判别准则的相关研究成果,引用围岩最大主应力σmax,切向应力σθ,单轴抗拉强度σt、单轴抗压强度σc,点荷载强度Is和σθ/σc,σc/σt,以及隧道埋深h,冲击倾向性指数Wet这9个主要预测关联性指标,在收集国内外典型岩爆地下工程基于现场地应力监测数据资料的条件下,以非线性科学理论为指导,建立考虑以上9个关键性预测指标的BP神经网络改进预测模型,并利用工程实例对模型进行验证。研究结果表明:改进算法模型实现了非线性理论和网络分析法之间的有机结合,避免了普通算法存在的网络性收敛速度慢容易陷进局部最小点等运行缺陷,该预测模型分析较复杂结构具有明显优势;改进算法模型预测结果与现场实际情况相符,这可以为今后类似隧道及地下工程施工的岩爆风险预测及评估提供一定的借鉴和指导作用。

闽西南某隧道高地应力特征及隧道岩爆预测研究

为了更方便地进行闽西南某隧道的岩爆预测与预防工作,首先,阐述了Heok-Brown岩体强度估算理论和基于修正的Sheo-rey模型的工程区地应力场预测方法。在此基础上结合隧道工程地质调查资料和地应力实测结果,分析了隧道围岩强度,预测了隧道工程区沿线的地应力大小,评价了工程区的地应力状态,结果表明该隧道大部分处于高地应力区。同时,利用强度应力比法对高应力作用下围岩中可能发生的岩爆进行了预测,并且与已发生的岩爆情况进行对比,表明该预测与实际情况一致性较好,证明了本文所采用方法的可靠性。

Barton经验公式在岩质边坡稳定性分析中的应用

由于岩质边坡的失稳几乎都是沿着结构面发生的 ,而岩体结构面的抗剪性能并不完全满足莫尔—库仑准则 ,因此在岩质边坡的稳定性分析中采用莫尔—库仑准则会带来较大误差 .本文用Barton经验公式代替莫尔—库仑准则进行岩质边坡的极限平衡稳定性分析 ,以更好地反映岩体结构面的抗剪性能 。