爆破对深部分区破裂化围岩的扰动机制

摘要

深部岩体工程在开挖洞室或巷道时，围岩变形和破坏等出现了一系列新的科学现象，在其洞室围岩中会产生交替的破裂区和非破裂区的现象。爆破目前依然作为深部岩体开挖的主要手段，不可避免地对深部分区破裂化围岩产生影响，研究爆破荷载对分区破裂化围岩的扰动机制对深部岩体的安全与稳定有着重要的理论与实际工程意义。本文通过理论计算以及数值模拟的方法，探究爆破对深部分区破裂化围岩的扰动问题，并通过模型试验进行验证。得到如下成果:
　　(1)本文建立了应力波在通过单层和双层节理面的解析模型，得出了应力波通过节理面发生反射和透射时的能量规律。
　　(2)通过分析卸载波在岩杆中的传播过程得出岩杆中拉应力的产生是由固定端对卸载波的反射叠加导致的，并且与实验结果相同:在固定端附近拉应变较大，自由端附近较小。有节理岩杆在卸载完成后节理处产生松动，且在高应变率的条件下杆件会被拉断。根据分区破裂化围岩的形成机理，当进一步增大初始应力时，岩杆已有节理处间隙会增大，从而进一步阻碍应力波的传播，卸载后拉应力应力峰值也会产生新裂隙。
　　(3)通过数值模拟分析得出破裂围岩中节理的存在会使爆破卸载时爆破近区围岩隧道的振速和拉应力增大，所以在爆破扰动中分区破裂化围岩隧道更容易发生破坏。
　　(4)通过模型试验得出应力波由于在节理面和自由面发生多次反射和透射，自由面反射时波性质发生改变，在节理面处与不同性质的波叠加，产生应力叠加。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．2 国内外研究现状及存在的问题

1．2．1 国内外研究现状

1．2．2 存在的问题

1．3 研究内容和方法及其创新点

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究目标

1．3．3 研究方法

1．3．4 本论文的创新之处

第2章 爆炸应力波在节理岩体中的传播规律

2．1 爆炸应力波理论基础

2．1．1 岩石中的爆炸应力波

2．1．2 爆炸应力波分类

2．2 弹性波在自由面上斜入射时的反射与透射

2．2．1 弹性纵波在自由面上斜入射时的反射

2．2．2 弹性纵波在介质分界面斜入射时的反射与透射

2．3 应力波在节理岩体中的传播

2．3．1 应力波在张开节理处的解析模型

2．3．2 应力波在单双层闭合节理中的传播

2．4 本章小结

第3章 开挖卸载对分区破裂化围岩的作用机制

3．1 深部岩体分区破裂化现象成因及特点

3．1．1 深部岩体的力学特点

3．1．2 分区破裂化现象成因及特点

3．2 卸载波在长杆中的传播

3．3 卸载实验分析

3．3．1 实验装置

3．3．2 完整花岗岩杆卸载

3．3．3 有节理花岗岩杆卸载

3．3．4 爆破破碎卸载

3．4 本章小结

第4章 爆破对分区破裂化围岩的扰动分析

4．1 背景

4．2 工程实例

4．3 计算模型与参数

4．3．1 计算模型

4．3．2 爆破开挖过程中的动、静荷载

4．4 计算结果及分析

4．4．1 围岩初始应力场

4．4．2 新生自由面处垂直于壁面方向的应力变化

4．4．3 爆破开挖扰动下围岩的动力响应

4．4．4 隧道围岩振速衰减规律

4．4．5 隧道围岩振速与动应力分析

4．5 结论

第5章 破裂化围岩中爆炸应力波传播的模型试验

5．1 试验目的与方案

5．2 试验装置

5．2．1 优泰动态应变采集系统

5．2．2 声波测试仪

5．3 试验材料与参数

5．4 试验与测点布置方案

5．5 试验结果与分析

5．5．1 声波测试结果分析

5．5．2 应变测试结果分析

5．6 本章小结

6．1 本文研究成果

6．2 不足与展望

致谢

参考文献

附录