卸荷誘發巷道模型巖爆的發生機理實驗研究*

劉祥鑫 梁正召 張艷博 姚旭龍 李海洋

LIU Xiangxin① LIANG Zhengzhao② ZHANG Yanbo① YAO Xulong① LI Haiyang①

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卸荷誘發巷道模型巖爆的發生機理實驗研究*

劉祥鑫①梁正召②張艷博①姚旭龍①李海洋①

以“巷道-圍巖”系統為研究對象，以水平應力卸荷操作模擬工程現場的巷道周邊礦巖開挖卸荷作用，再現了巷道卸荷巖爆。實驗結果指出，巷道卸荷巖爆經歷了“平靜期→小顆粒彈射→片狀剝離→片狀剝落”的演化過程，在巷道內壁產生“巖爆→應力調整→應力調整失敗→再次巖爆”的多次巖爆過程，最終形成“V”字型巖爆坑。卸荷條件下，不同水平應力的巷道模型巖爆將產生不同的破壞，形成了不同的破裂面。理論推導得出卸荷前巷道圍巖的應力分布規律，運用修正Griffith破壞準則，計算了不同水平應力(8.9MPa、13.3MPa、17.8MPa)卸荷后巷道圍巖發生巖爆破壞的豎向起裂應力，構建了巷道邊壁“V”字型巖爆坑的計算模型。研究得出水平應力存在一個影響豎向承載能力的應力點(13.3MPa)，當水平應力小于13.3MPa時，水平應力與豎向起裂應力呈正相關； 當水平應力大于13.3MPa時，水平應力與豎向起裂應力呈負相關。對左右邊壁應變能累積區域的信息進行量化處理，得出相較8.9MPa和17.8MPa，水平應力為13.3MPa的左右邊幫應變能集中區域的累積能量最大，集中區域與邊壁的距離最短。

巖石力學 卸荷 巷道模型 巖爆

LIU Xiangxin①LIANG Zhengzhao②ZHANG Yanbo①YAO Xulong①LI Haiyang①

0 引 言

在堅硬、脆性巖體的地下巷道中，對巷道周邊巖體進行開挖操作，將對巷道產生卸荷擾動，導致圍巖應力重分布，繼而出現應力集中。若巖體內儲存的彈性應變能突發性的急劇釋放，產生爆裂松脫、巖屑剝落、巖塊彈射等動力學現象，稱之為巖爆(中國科協學會學術部， 2011)。……