[发明专利]大埋深洞室硬岩岩爆灾变风险等级评估方法

摘要

本发明公开了一种大埋深洞室硬岩岩爆灾变风险等级评估方法，通过原位地应力测试；在地应力测试部位钻取圆柱形岩样；利用多通道超声波探伤仪对圆柱形岩样发出超声波探伤信号，计算三种状态的硬岩起裂强度σ_ci^j(j＝1,2,3)、硬岩损伤强度σ_cd^j(j＝1,2,3)；利用极差原理计算等效起裂强度σ_ci^*和等效损伤强度σ_cd^*；将自重应力场和构造应力场下的岩石强度应力比值与等效起裂强度σ_ci^*和等效损伤强度σ_cd^*进行比较，对深埋洞室硬岩岩爆灾害等级进行评估。该方法综合采用现场地应力测试、室内单轴压缩试验以及超声波和声发射耦合系统实现，能有效获取硬岩的等效起裂强度、等效损伤强度及洞室开挖后的岩石应力强度比，解决了深埋洞室的稳定性评价、硬岩岩爆灾害的等级评估和防控措施的优化问题。

主权项

1.一种大埋深洞室硬岩岩爆灾变风险等级评估方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤1：在施工现场勘探平硐内进行原位地应力测试，获取断面处应力张量主平面上的最大侧压力系数λ及原位最大主应力值σ_0max；步骤2：在地应力测试部位钻取岩芯，及时将岩芯加工成圆柱形岩样；步骤3：利用多通道超声波探伤仪对所述圆柱形岩样发出超声波探伤信号，采集岩样压缩试验前的岩样声波纵向波速ν_p1，实时采集和记录岩样单轴压缩试验过程中的声发射撞击数、声波纵向波速ν_p2以及岩样轴向应力σ′_o、轴向应变、环向应变和体积应变，计算得到岩石弹性模量E、泊松比μ、饱和单轴抗压强度σ_c；步骤4：计算三种状态的硬岩起裂强度σ_ci^j(j＝1,2,3)、硬岩损伤强度σ_cd^j(j＝1,2,3)，σ_ci^j(j＝1,2,3)包括基于声发射结果获取的硬岩起裂强度σ_ci¹、基于相对体积裂纹应变获取的硬岩起裂强度σ_ci²、基于超声波探伤结果获取的硬岩起裂强度σ_ci³，σ_cd^j(j＝1,2,3)包括基于发射结果获取的硬岩损伤强度σ_cd¹、基于体积裂纹应变获取的硬岩损伤强度σ_cd²、基于超声波探伤结果获取的硬岩损伤强度σ_cd³；步骤5：利用极差原理计算等效起裂强度σ_ci^*和等效损伤强度σ_cd^*：根据当时，当时，去掉偏离最大的值，σ_ci^*取数值最临近的两个σ_ci^j值和的一半；同理，当时，当时，去掉偏离最大的值，σ_cd^*取数值最临近的两个σ_cd^j值和的一半，其中max(σ_ci^j)、max(σ_cd^j)分别代表σ_ci^j、σ_cd^j(j＝1,2,3)中的最大值，min(σ_ci^j)、min(σ_cd^j)分别代表σ_ci^j、σ_cd^j(j＝1,2,3)中的最小值；步骤6：根据地下洞室的应力环境计算自重应力场或者构造应力场下的岩石强度应力比值步骤7：采用岩石强度应力比值与等效起裂强度σ_ci^*和等效损伤强度σ_cd^*进行比较，当SSR＜σ_ci^*时，围岩不会发生岩爆灾害；当时，围岩发生轻微岩爆灾害；当时，围岩发生中等岩爆灾害；当SSR≥σ_cd^*时，围岩发生强烈岩爆灾害，从而对深埋洞室硬岩岩爆灾害等级进行评估。