含不同倾角预制结构面的深埋隧洞岩爆发生机制研究
作者：
吴顺川, 张侦锐, 韩龙强, 程海勇, 李武, 傅鑫
作者单位：
1.昆明理工大学 国土资源工程学院, 云南 昆明 650000
2.自然资源部高原山地地质灾害预报预警与生态保护修复重点实验室, 云南 昆明 650000
3.云南省高原山地地质灾害预报预警与生态保护修复重点实验室, 云南 昆明 650000
4.云南驰宏锌锗股份有限公司, 云南 曲靖 654200
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摘要
为研究结构面倾角对深埋隧洞岩爆破坏机制的影响, 选取云南某深部矿山的深部矿井灰岩, 预制成含圆孔的立方体试件(100 mm×100 mm×100 mm, 圆孔ϕ=50 mm)模拟地下隧洞结构, 利用预制裂隙模拟结构面, 使用高速摄像系统监测不同试件的岩爆孕育演化过程; 利用PFC软件模拟了不同试样的压缩试验, 分析了含不同倾角结构面隧洞的破坏模式和应力–应变特征。研究结果表明: 结构面使围岩内部应力和能量的传播路径发生了改变, 其附近岩体应力集中, 使岩爆提前发生; 结构面显著增强了岩爆烈度, 灰岩中的围岩破坏形式主要表现为剧烈的剪切弹射。随结构面倾角的改变, 围岩破坏程度发生变化; 当结构面倾角为0°和180°时, 围岩破坏程度较弱; 当结构面倾角为90°时, 隧洞围岩破坏最为严重; 结构面倾角对圆形隧洞应力特征影响显著, 根据试验数据构建了结构面倾角与圆形隧洞应力特征(σαmax/σc)间的理论关系式。研究结果可为地下岩体工程灾害防治与岩爆预测等提供参考。
图片
图 1 有无结构面岩石试样
图 2 真三轴伺服加载试验系统
图 3 加载系统安装示意
图 4 试验加载路径
图 5 无结构面灰岩试样岩爆演化过程中的典型破坏现象
图 6 含结构面灰岩试样岩爆演化过程中的典型破坏现象
图 7 真三轴加载过程中轴向应力–应变曲线
图 8 试样岩爆现象与工程实际情况对比
图 9 试样洞壁鼓起位置与工程实际情况对比
图 10 试样岩爆坑与工程实际情况对比
图 11 无结构面试件真三轴压缩与PFC2D双轴压缩破坏模式
图 12 含结构面试件真三轴压缩与PFC2D双轴压缩破坏模式
图 13 预制裂隙与孔壁应力特征分析
图 14 不同试样尺寸试样破坏现象
图 15 不同倾角结构面加载过程应力–应变曲线
图 16 圆形洞室应力计算模型
图 17 孔径对洞壁初始破坏应力阈值的影响[25]
图 18 裂隙倾角与σαmax/σc值散点图
图 19 不同倾角裂隙岩体破坏模式对比
作者简介
通讯作者简介：
张侦锐（1998—），中共党员，昆明理工大学在读硕士研究生。主要研究方向为岩石力学试验与深部岩石力学。主持昆明理工大学硕士研究生拔尖创新人才计划1项，参与国家自然科学基金重点项目。以第一作者或通讯作者在《Rock Mechanics and Rock Engineering》、《Theoretical and Applied Fracture Mechanics》、《Engineering Fracture Mechanics》、《采矿与岩层控制工程学报》等期刊累计发表论文5篇。
本文引用格式
吴顺川, 张侦锐, 韩龙强, 等. 含不同倾角预制结构面的深埋隧洞岩爆发生机制研究[J]. 采矿与岩层控制工程学报, 2025, 7(1): 013031. DOI: 10.13532/j.jmsce.cn10-1638/td.yszt-1025
WU Shunchuan, ZHANG Zhenrui, HAN Longqiang, et al. Mechanism of rockburst in deep-buried tunnels with prefabricated structural planes of different inclinations[J]. Journal of Mining and Strata Control Engineering, 2025, 7(1): 013031. DOI: 10.13532/j.jmsce.cn10-1638/td.yszt-1025
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