[发明专利]一种模拟不同类型岩爆的试验方法

说明书

本发明公开了一种模拟不同类型岩爆的试验方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：岩爆试样的制备；步骤二：对岩爆试样进行三向六面加载、单面卸载后顶部梯度加载的试验方法；步骤三：选取合适的初始围压，加载至初始围压水平，然后在其他各面荷载不变的情况下，通过水平单面卸载模拟硐室开挖过程；步骤四：通过控制岩爆试样顶部的四组独立的加载器来实现不同梯度加载的目的,模拟硐室切向应力集中。梯度加载直至岩爆试样破坏为止；步骤五：岩爆试样加载破坏过程中，对试验过程进行监测记录；步骤六：试验数据整理与分析。该方法对工程中局部出现的脆性破坏模式进行识别，选择合理的围岩施工方法和支护系统具有重要的理论和工程意义。

技术领域

本发明涉及一种岩爆的模拟试验方法，具体涉及一种模拟不同类型岩爆的试验方法，属于岩石力学试验领域。

背景技术

近年来，随着世界各国采矿、交通、水利、国防、核废料存储等工程进一步向深部岩体发展，高地应力下硬岩由开挖卸荷导致的岩爆问题日益突出。虽然已经进行了长达数百年的探索，但终究因岩爆现象的多样性及形成机理的复杂性等特点使得岩爆的研究成果在工程的具体应用中显得捉襟见肘。岩爆是由于硐室开挖后径向应力减小、切向应力集中而导致的围岩脆性破坏现象。岩爆发生地点具有随机性，孕育过程具有突发性，对生产安全和工程可靠性的危害极大，是目前深部岩体工程中亟待解决的关键问题。

挪威西玛(Sima)水电站岩爆，大岩块从一侧边墙弹射出来，其压力之大，足以横穿机室而击射到20m外的另一侧边墙。位于中国青藏高原的拉林铁路巴玉隧道，于2017年4月至6月间多次发生剪切型岩爆现象，岩块毫无征兆地应声弹射出来，威力巨大，给施工造成了巨大的危害。锦屏Ⅱ级水电站引水隧洞岩爆，大块岩板向外突出，破坏面几乎与轴线平行，突出岩板厚60mm，间歇持续2小时。由现场的岩爆特点可以总结出：当围岩内部发出清脆的爆裂撕裂声时，岩爆力学机制表现为压致拉裂型破坏，多平行洞壁发生且仅涉及表层岩体，岩石以薄片状、透镜状、板状形式爆裂剥离(落)下来，无弹射现象，断口多呈新鲜贝壳状；当围岩内部发出沉闷爆裂声，声响较小时，岩爆力学机制主要表现为压致剪切型破坏，爆裂岩石多为透镜状、棱板状、块状或片状等，有弹射现象，断口多呈楔形或弧形凹腔。

Orlepp将完整围岩的岩爆类型分为板裂屈曲型岩爆、应变型岩爆和剪切型岩爆三类。板裂屈曲型岩爆——围岩劈裂成板，岩板在围岩切向力作用下压屈失稳，随后沿着平行于开挖面的巨大岩板向外排出；应变型岩爆——围岩劈裂成板，岩板与完整围岩交界处发生剪切破坏，破坏后岩板或平行开挖面弹射或压碎呈块、片抛掷(累进性向内部发展)；剪切型岩爆——剪切破裂带贯穿完整岩体，体量较大的岩块毫无征兆地应声抛掷，破坏最为猛烈。不同的岩爆破坏类型对施工方法及施工维护功能的要求各不相同，一旦处理不当，将极大地威胁作业人员和施工设备的安全，严重时可造成工期延误和重大经济损失。