低應變率動力擾動下觸發(fā)型巖爆過程研究.pdf

1、在深部工程建設過程中，開挖后處于高應力狀態(tài)的圍巖經(jīng)常受到爆破（應力波衰減后）、機械鉆鑿以及地震等引起的低應變率的動力擾動作用，從而引發(fā)以猛烈?guī)r石塊片彈射為特征的觸發(fā)型巖爆災害。觸發(fā)型巖爆以其時空上的高度隨機性和極具威力的破壞性，嚴重威脅著深部工程的建設安全，已成為深部工程建設中亟待解決的難題。為此，本文致力于通過室內(nèi)真三軸試驗、理論分析以及三維離散元數(shù)值模擬等研究方法對觸發(fā)型巖爆孕育過程開展研究，主要內(nèi)容如下:
　　(1)提出了低

2、應變率動力擾動下觸發(fā)型巖爆真三軸試驗方法:基于代表性巖體單元理念，采用厚度較大的花崗巖試樣模擬開挖邊界附近一定范圍內(nèi)大體積巖體，解決觸發(fā)型巖爆的研究對象選擇關鍵問題;采用“單面臨空-五面施加靜載-切向（z向）施加動力擾動”的加載路徑，解決觸發(fā)型巖爆的應力路徑和邊界條件轉(zhuǎn)換、動靜組合加載關鍵問題。進而采用新型高壓伺服動真三軸巖爆試驗機，開展觸發(fā)型巖爆室內(nèi)試驗研究。
　　(2)基于斜坡、小幅循環(huán)和微小循環(huán)三種形式低應變率動力擾動下觸發(fā)

3、型巖爆試驗，研究了靜載切向、軸向和徑向應力、動力擾動幅值和頻率對觸發(fā)型巖爆影響;發(fā)現(xiàn)了小幅循環(huán)動力擾動下觸發(fā)型巖爆發(fā)生的變形條件;建立了臨界狀態(tài)巖石受微小循環(huán)動力擾動發(fā)生穩(wěn)定破壞和巖爆之間的關系;揭示了不同形式動力擾動下觸發(fā)型巖爆過程的巖石損傷演化規(guī)律及其能量機制;闡述了不同形式動力擾動下觸發(fā)型巖爆碎塊破碎特征的差異。
　　(3)提出了觸發(fā)型巖爆三維離散元模擬的三階段模型(TSM)，克服傳統(tǒng)巖爆數(shù)值模擬方法難以再現(xiàn)觸發(fā)型巖爆開裂、

4、破壞過程及計算彈射動能等方面的不足，實現(xiàn)對不同形式動力擾動下觸發(fā)型巖爆過程的定量化模擬，進而采用TSM定量化分析觸發(fā)型巖爆過程的巖石損傷、能量、拉剪裂紋數(shù)量增長及其空間分布形式演化規(guī)律，揭示了不同形式動力擾動下觸發(fā)型巖爆破壞模式和主要開裂破壞機制。
　　(4)對低應變率動力擾動下觸發(fā)型巖爆與巖石在靜載和中高應變率沖擊荷載組合加載下發(fā)生的破壞進行詳細對比，發(fā)現(xiàn)巖石在上述兩種動靜組合加載條件下發(fā)生的破壞，在應力-應變響應、試樣破壞形態(tài)