高地应力硬质砂岩断裂特征及岩爆孕育过程研究

为研究高地应力下硬质砂岩隧道岩爆破坏特性,真实模拟高地应力深部岩体的损伤破坏特性,建立基于PPR势能函数的Ⅰ/Ⅱ混合型黏聚力模型。通过紧凑拉伸试验和贯穿剪切试验,对硬质砂岩Ⅰ和Ⅱ型断裂特性进行研究,获得模型参数,然后建立高地应力下硬质砂岩隧道岩爆数值分析模型,对岩爆过程中的应力、能量进行追踪,分析硬质砂岩隧道岩爆孕育过程及破坏特性。研究结果表明:(1)硬质砂岩剪切强度和Ⅱ型断裂能均随围压的增大而增大,当围压超过30 MPa时,硬岩砂质Ⅱ型断裂性能趋于稳定。(2)当竖向应力远大于水平应力时,硬质砂岩隧道主要以层状剥落或楔形爆裂形式发生张裂–倾倒式的岩爆;反之,主要发生以岩体内部贯通性剪切破坏为特征的剪切–爆裂式岩爆;当水平应力与竖向应力均较大时,岩体卸荷破坏形式多表现出张剪性复合型破坏特征,主要发生张裂–剥落式岩爆。