不同中間主應(yīng)力下應(yīng)變型巖爆聲發(fā)射特征研究.pdf

1、巖爆是深部開挖過程中一種常見的地質(zhì)災(zāi)害。隨著水利水電、交通、礦山開采等工程向地下深部開拓，巖爆的強(qiáng)度及發(fā)生頻率呈上升趨勢，嚴(yán)重威脅工程安全。國內(nèi)外學(xué)者圍繞巖爆的機(jī)理及預(yù)測問題開展了大量研究，但巖爆的孕育發(fā)生較為復(fù)雜，巖爆的發(fā)生機(jī)制仍不十分清楚，巖爆預(yù)測與防控已成為地下巖體工程建設(shè)中亟待解決的技術(shù)難題。因此，深入開展巖爆的基礎(chǔ)試驗(yàn)研究具有重要的學(xué)術(shù)意義及工程價(jià)值。
　　本文借助改進(jìn)的巖爆真三軸試驗(yàn)系統(tǒng)，開展不同中間主應(yīng)力下的應(yīng)變巖爆

2、試驗(yàn)，利用聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)對巖爆試驗(yàn)過程進(jìn)行監(jiān)測，分析了不同中間主應(yīng)力下花崗巖應(yīng)變型巖爆的聲發(fā)射特征。并獲得以下結(jié)論:
　　(1)中間主應(yīng)力對巖爆聲發(fā)射撞擊數(shù)及其分形維數(shù)Dt的變化特征具有顯著影響。低中間主應(yīng)力條件下，各組試驗(yàn)彈塑性階段分形維數(shù)Dt小于0.3，撞擊數(shù)在300左右。隨著中間主應(yīng)力在較低水平增加，“平靜期”持續(xù)時(shí)間存在先增大后減小的變化趨勢。最終破壞階段各組試驗(yàn)撞擊數(shù)有所增加，分形維數(shù)Dt大于0.3。高中間主應(yīng)力條件下，

3、彈塑性階段撞擊數(shù)分形維數(shù)Dt大于0.3，撞擊數(shù)在500以上。塑性變形階段“平靜期”持續(xù)時(shí)間顯著增長。在最終破壞階段撞擊數(shù)分形維數(shù)Dt小于0.3，撞擊時(shí)降低至300以下。
　　(2)中間主應(yīng)力對巖爆聲發(fā)射信號(hào)能量累積具有顯著影響。低中間主應(yīng)力下，聲發(fā)射信號(hào)絕對能量累積較少，隨著中間主應(yīng)力在較小范圍內(nèi)的增加，絕對能量累積呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢。高中間主應(yīng)力下，聲發(fā)射絕對能量累積明顯增多，并隨著中間主應(yīng)力的增大呈現(xiàn)遞增。需要特別指出

4、的是，不同中間主應(yīng)力下，聲發(fā)射的絕對能量變化規(guī)律與巖爆發(fā)生烈度變化規(guī)律基本上是一致，這說明了聲發(fā)射絕對能量可以間接反映巖爆發(fā)生烈度。
　　(3)中間主應(yīng)力對巖爆聲發(fā)射信號(hào)波形參數(shù)具有重要影響。不同中間主應(yīng)力下聲發(fā)射信號(hào)波形具有不同的參數(shù)特征。低中間主應(yīng)力下，聲發(fā)射波形的上升時(shí)間較長、持續(xù)時(shí)間較短、幅度較小;高中間主應(yīng)力下，聲發(fā)射波形的上升時(shí)間較短、持續(xù)時(shí)間較長、幅度較大。
　　(4)從聲發(fā)射的角度對不同中間主應(yīng)力下應(yīng)變型巖爆

5、的發(fā)生機(jī)制進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)了不同中間主應(yīng)力對應(yīng)變型巖爆的破壞具有不同影響。低中間主應(yīng)力(10-90MPa)作用下，隨著中間主應(yīng)力的增大，其對聲發(fā)射活動(dòng)的抑制作用逐漸增強(qiáng)，試件內(nèi)部破壞活動(dòng)減弱，試件強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)(90MPa時(shí)，試件強(qiáng)度最大)。聲發(fā)射總撞擊數(shù)、絕對能量累積隨著中間主應(yīng)力在較低水平內(nèi)的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢，相應(yīng)的巖爆烈度呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢。高中間主應(yīng)力(100-110MPa)作用下，隨著中間主應(yīng)力的增大，

6、其對聲發(fā)射活動(dòng)的抑制作用轉(zhuǎn)變?yōu)榇龠M(jìn)作用，試件內(nèi)部破壞活動(dòng)增強(qiáng)，試件強(qiáng)度逐漸降低，聲發(fā)射總撞擊數(shù)及絕對能量累積顯著上升，相應(yīng)的巖爆烈度顯著增強(qiáng)。
　　(5)分析了巖爆前夕的聲發(fā)射撞擊數(shù)及分形維數(shù)Dt，發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射“平靜期”前的撞擊數(shù)相對較低（通常在300左右），撞擊數(shù)分形維數(shù)Dt小于0.3，巖體可能發(fā)生受低中間主應(yīng)力作用的巖爆。此種巖爆，巖爆坑較淺，破壞程度及范圍較小，巖爆彈射速度快，彈射塊體具有較大的殺傷力。若聲發(fā)射“平靜期”前的撞