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岩爆
日期:2015-3-13 9:31:58 作者:佚名 来源:本站原创
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岩爆的定义与特征

岩爆是地下工程在开挖过程中,脆性岩体在高应力的条件下,由于施工爆破扰动原岩,使其内部存储的弹性应变能急剧释放出来,造成开挖空间周围部分岩。石产生爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷的一种动态力学现象。

岩爆发生时的主要特征包括:

(1)围岩多为坚硬、脆性岩体,岩爆岩体的单轴抗压强度大于50MPa。岩爆时,岩块迅速从开挖的坑壁飞出,一般呈中间厚边缘薄的不规则形状,块度大小多呈几厘米长宽的薄片,个别甚至达几十厘米长宽,严重时甚至可以瞬间把整个掌子面压坏。

(2)岩爆的发生与否和地下工程埋藏的深度没有必然的关系,,一般多发生在700 - 800m,但埋深在100m左右的也有发生的实例,如秦岭隧道埋深77m时就有两次岩爆发生。

(3)岩爆主要发生在Ⅱ、Ⅲ级围岩,它既不发生非常完整的岩体,也不发生在裂隙较发育的Ⅳ、V级围岩;发生岩爆段的岩体比较干燥,有地下水或者断裂部位一般不会发生岩爆。

(4)岩爆发生与否与施工方法有一定的关系,在同等的地质条件下,采用掘进机施工比采用矿山法施工发生的少。在开挖掘进过程中,岩爆活动较为频繁的区域是掌子面 3倍洞径范围内,且多发生在断面周边不圆顺处及壁面凹凸不平处等应力易集中的部位。距掌子面 3倍洞径之外的区域,岩爆则逐渐减少。

岩爆的影响因素

有关岩爆的研究工作已历经两个半世纪之久。虽然经过几代学者的努力,岩爆的研究有了一定的发展,但由于岩爆的发生和发展过程是一个极难用数学手段模拟的动力过程,再加上岩体本身的复杂性,所以人们对岩爆的研究仍然处于探索阶段。因为岩爆的发生对隧道稳定性影响是灾难性的,所以下面只介绍岩爆的影响因素。

(1)岩性对岩爆影响。从国内外曾经发生过岩爆的工程来看,岩爆多发生在坚硬、脆性的岩体中。质地坚硬的岩体弹性模量高,能够聚集很大的弹性变形能,一旦遭到开挖扰动,弹性变形能就会突然释放,形成岩爆。

(2)地应力对岩爆的影响。岩爆的发生与地应力集聚特征有着密切的关系。一般具有较高的地应力的岩石,其弹性模量也较高,弹性应变能较大,最容易发生岩爆,形成岩石破碎区。通常具有较高的地应力的岩石,在高地应力区隧道等地下工程开挖后,其周边的二次应力场中产生切向应力和径向应力的分导作用是导致岩爆发生的重要原因。

(3)岩体结构对岩爆的影响。岩体完整程度是决定岩爆发生的一个重要条件。完整岩体是指裂隙间距相对较大、宏观上没有贯穿的岩体,岩块的破裂不是沿着裂隙发生,而是岩石内部裂纹的扩展造成的。但一些裂隙发育的岩体也可能发生较大规模的岩爆,岩体结构是否有利于能量的储存和释放是在结构岩体中发生岩爆的必要条件。能量释放越彻底,岩爆越强烈。

(4)埋深与地形对岩爆的影响。地应力与埋深有密切的关系,埋深越大,地应力越大。而且地应力的方向也是随深度而改变的。根据相关工程地应力的实测数据,水平主应力与垂直主应力于深度的变化关系为:深度在1000m以上,水平主应力大于垂直主应力;深度在1000m以下,水平主应力往往要小于垂直主应力,垂直主应力成为最大主应力。

(5)地下水对岩爆的影响。通常情况下,岩爆大都发生在干燥的岩体中,而比较湿润的岩体较难发生岩爆,这就是地下水的渗流对岩石作用造成的。地下水对岩石的影响主要有以下两个方面:一是软化岩石,降低了岩体强度和贮存弹性变形能的能力;二是水的浸入可耗散岩体内存储的弹性变形能以及降低节理裂隙的抗剪强度,因而可以降低岩体破坏的猛烈程度。

(6)开挖施工对岩爆的影响。围岩的局部应力集中是发生岩爆的一个重要条件,应力集中不仅与初始应力有关,而且还与隧道的形状及施工方法等因素有关。在高地应力区进行隧道等地下工程的施工,由于开挖爆破方法不当,造成隧道开挖断面不规则,超欠挖严重,这样就加剧围岩局部应力集中的程度,易导致岩爆的产生。另外,爆破也是岩爆发生的一个诱因。采用相同的爆破方式,工程岩体的外载荷在爆破的瞬间差异很大,以弹性波在岩体内传播,既导致了围岩的损伤演化结果有明显区别,又成为邻近工程岩体发生岩爆的诱因。


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