真三轴单面卸荷条件下中间主应力对深埋洞室岩爆影响特征
孙飞跃1
郭佳奇2
刘希亮2
郝宪杰3
王树仁2
1.河南理工大学土木工程学院,河南焦作 4540002.河南理工大学土木工程学院,河南焦作 454000;河南省地下工程与灾变防控重点实验室,河南焦作 4540003.中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 100083
摘要：岩爆灾害已成为国内外深埋洞室建设的重大安全隐患.利用新型真三轴岩爆试验系统,开展了不同中间主应力下"单面侧向卸荷-三向五面受力-竖向持续加载"的室内物理模拟试验,对比分析了不同中间主应力下岩样的弹射破坏过程、破坏形态特征、声发射特性、碎块特征以及弹射动能等变化规律;基于三维离散元理论和多晶建模技术(随机生成Voronoi矿物晶粒),研究了真三轴单面卸荷条件下岩爆"孕育—发生—发展—破坏"全过程及能量演化特征.研究结果表明:不同中间主应力下岩爆弹射破坏过程可概括为颗粒局部弹射、岩石劈裂成板、板折断裂成块及块片全面弹射;其中,岩石劈裂成板是岩爆孕育过程中必然经历的破坏现象.岩样临空面破坏形态具有相似的多元分区破坏特征,即邻近临空面区域产生以张拉破坏为主的劈裂裂缝,远离临空面区域产生以剪切破坏为主的贯穿性斜裂缝.声发射撞击数演化过程可分为相对平稳阶段、快速上升阶段、整体破坏阶段及平静期阶段.随着中间主应力的不断增大,碎块的弹射动能呈增大的变化趋势.岩爆碎块多以粗粒、中粒与细粒碎块为主,且随中间主应力的增加,微粒碎块质量基本不变,细粒、中粒与粗粒碎块质量则呈平稳增加的趋势.利用考虑颗粒矿物成分的晶体尺度精细仿真模型(CSFM)模拟了岩爆"孕育—发生—发展—破坏"全过程,获得了岩样的应力-应变曲线,其变化趋势与室内试验测试结果基本一致且曲线吻合度较好.弹性应变能的演化曲线大致可分为早期增长速率递增阶段、近似线性增长阶段、屈服平台期间增长速率递减阶段及峰后急剧下降阶段.
关键词：深埋洞室岩爆中间主应力真三轴试验离散元方法
分类号：TU457(土力学、地基基础工程)
资助基金：国家自然科学基金(52178388)国家自然科学基金(U1810203)国家自然科学基金(51474097)
论文发表日期：2024-09-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：16( 220-235 )
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