深埋岩体隧洞滞后型岩爆特征及其时效变形诱发机理研究

摘要

伴随着社会和经济的快速发展，越来越多的地下空间被开发利用，地下工程也逐渐具有了“大、长、深、群”等特点，因此地下工程中遇到了更多的深部岩石力学问题，其中尤以岩爆最为突出。岩爆过程大都具有突发性、猛烈性，而滞后型岩爆往往要在开挖结束后，还要经过一段滞后时间才发生。它可以使人们觉得岩爆危险已不存在，过早进入作业区而遭遇危险，国内外很多地下工程中的岩爆都有滞后现象，已经受到地下工程学者普遍关注，但是至今为止对其形成机理都没形成统一的认识。
　　本文以深埋岩体隧洞围岩的时效变形诱发滞后型岩爆这一关键科学问题为核心，依托锦屏二级水电站引水隧洞微震监测项目，深入研究工程实际中滞后型岩爆的孕育特征，将微震监测技术用于水电站深埋岩体隧洞岩爆预测预警，分析隧洞围岩在蠕变过程中的微破裂前兆及其时空演化规律，探讨滞后型岩爆的监测预警方法;基于损伤力学，利用有限元数值分析方法RFPA2D（RealisticFailureProcessAnalysis）成功再现了滞后型岩爆的围岩时效变形诱发过程，研究了滞后型岩爆时效变形诱发机理，为深埋岩体隧洞中的滞后型岩爆理论研究、监测预警探索新思路。本文主要研究结果如下:
　　1.隧洞埋深大、地应力高的地方，岩爆、滞后型岩爆发生频率较高，并且岩爆烈度也相对较高，掌子面附近是岩爆高发地段;
　　2.地质构造对滞后型岩爆有着控制作用。特别是软硬岩互层的位置和向斜构造核部，是强烈岩爆和滞后型岩爆的高发地段;
　　3.围岩流变损伤积累，微破裂萌生、发展、贯通，并形成宏观裂纹，是滞后型岩爆的孕育过程，也是岩爆滞后发生的重要原因;
　　4.大量的微震信息对于岩爆具有明显的时间优先性和空间一致性，这是微震监测技术用于岩体隧洞岩爆监测预警的基础和前提;
　　5.围压（σ3）越高，岩爆的滞后时间可能越长，但不成比例关系;高围压也会使滞后型岩爆烈度、规模、破坏范围都增大。