深部椭圆形洞室围岩冲击岩爆实验研究

摘要

利用自主研发的冲击岩爆设备,室内再现真三轴条件下含椭圆形洞室的冲击岩爆现象,实验结合应力采集、录像及声发射等实时测试系统分析椭圆形洞室冲击岩爆的演化过程、破坏应力特征值、碎屑特征、爆坑特征、速度场特征以及声发射特征。结果表明:椭圆形洞室冲击岩爆过程可以分为4个阶段:平静期,小颗粒弹射,块体剥落以及岩爆;扰动荷载的作用使围岩切向应力值迅速增加超越单轴抗压强度,促使围岩体产生剧烈岩爆现象;岩爆实验碎屑主要以大于5 mm的碎屑为主,碎屑形态主要为薄板状分布,与现场岩爆碎屑分布特征类似;爆坑对称的分布于洞室的左右两侧壁,位置与扰动方向垂直,爆坑形态表现出V字型;速度场在块体剥落和岩爆阶段呈现出先增加再降低的特征,在岩爆发生时刻达到峰值;声发射计数率与加载方向个数密切相关,计数率和累计计数在岩爆时刻迅速增加。随着加载方向个数的减少,声发射主频带逐渐变窄,主频带主要分布在100~200 kHz范围,岩爆时刻出现了40~70 kHz低频带的信号,同时也存在高频和超高频信号,证实岩爆破坏的复杂性。