岩爆发生的机理分析及防治措施综述

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1、岩爆发生的机理分析及防治措施综述摘要：深部洞室的岩爆已成为水利、隧道、深部采矿工程建设的突出问题。近年来，我国在深部采矿，隧道开挖等工程领域快速发展，由于工程经验相对较少，且多数理论研究成果很难解释岩爆的发生机理，因此对岩爆的发生机理及防治措施研究显得尤为重要和迫切。通过介绍已有的岩爆发生机理，比较现有的岩爆发生机理，指出各岩爆机理的优缺点，并提出需要改进的部分，并对相关的隧洞工程总结有效的防治措施。最后结合当前的研究现状提出几点见解，以期为岩爆区的工程设计、施工建设提供有益参考。关键词：岩爆；地应力；应变能；隧洞；断裂力学E-mail：ambitiousxjfe

2、ng@163.com引　　言自1738年在英国锡矿坑道中首次发现岩爆现象以来，各国在深部地下工程中的岩爆现象越来越多，这与人类不断向深部开采资源，发展地下空间的活动密切相关。岩爆作为一种人类地下深部工程活动的产物，其定义众多，目前尚未有统一的认识。广泛被接受的定义：在高地应力深部地下洞室中，脆性岩石卸荷造成存储的应变能突然释放，使洞室围岩出现崩落，甚至弹射并伴随爆裂声的一种动力失稳现象[1王兰生，徐林生，李天斌等.深埋长隧道高地应力与围岩稳定问题(二郎山科研报告)，1998]。岩爆的发生会给工程造成巨大的损失，严重的情况会造成大型机械设备的损坏以及人员的伤亡，因此

3、对深部岩石的岩爆现象研究显得特别重要。随着矿山、水利水电、铁路公路交通隧道等工程向深部发展，岩爆作为一种地质灾害现象，其发生越来越频繁。[2何满潮，苗金丽，李德建等。深部花岗岩试样岩爆过程实验研究[J].岩石力学与工程学报，2007,26（5）,865-876]岩爆作为一种复杂的深部地下工程活动现象，其发生原因受多种因素的影响，因此对岩爆形成的机理研究以及准确预测显得特别困难。为解决当前我国深部地下工程活动中的地质灾害问题，需要对岩爆发生的力学机理，物理现象做深入的研究，结合室内试验，现场试验以及现场检测对其发生的时间，发生的强度、烈度做进一步精确的预测。我国自1

4、933年在抚顺胜利煤矿报道岩爆事故以来，已记载了大量的工程岩爆事故，特别近几年来，随着我国不断向深部地下空间发展，岩爆现象发生频繁。虽然我国在这方面已积累了大量的工程经验，并开展了大量的工程实践探索和研究，但岩爆机理的研究大多数还停留在定性解释阶段。鉴于新形势下我国地下工程发展趋势，有必要对深部洞室岩爆的发生机理作全面而系统的研究，这对保证我国在深部地下工程建设项目的设计、施工，安全使用和管理等具有重要的现实意义。目前人们对岩爆的发生已有了比较深刻的认识和研究。徐林生从岩爆发生的地应力，岩体结构及其性能，地质构造，水文地质，工程施工开挖等因素出发，详细研究了深部地

5、下工程岩爆发生的的条件徐林生。地下工程岩爆发生条件[J]，重庆交通学院学报，2005，24（3）,31-34[]。E,Hoek等以及Zoback提出岩爆是高地应力条件下的剪切破坏现象HoekE,BrownET.岩石地下工程(译).北京:冶金工业出版社，1986[]。而Mastin以及Haimson通过对带圆孔的砂岩岩板进行岩爆实验模拟，指出岩爆是孔壁应力集中造成的张拉破坏现象[]。谭以安教授认为岩爆是一渐进破坏过程（劈裂成板-剪断成块-块片弹射谭以安.岩爆形成机理研究[J].水文地质工程地质，1989,(1):3438.）[]。徐林生，王兰生等利用川藏公路二郎山隧

6、道工程课题结合岩爆岩石断口扫描电镜（SEM）以及卸荷三轴试验根据岩爆力学机制提出岩爆可分为三种基本形式：压致拉裂、压致剪切拉裂、弯曲鼓折徐林生，王兰生，李永林。岩爆形成机制与判据研究[J].岩石力学，2002,23（3），300-303[]。李廷芥，王耀辉等结合岩石裂纹的分形特征，通过试验发现岩体的维数值随裂纹尖端剪应力增加而增加，并据此从能量耗散角度出发，指出裂纹分形维数值与岩爆发生存在一定的相关性李廷芥，王耀辉，张梅英。岩石裂纹的分形特性及岩爆机理研究[J].岩石力学与工程学报,2000,19(1):6-10[]。冯涛，潘长良应用断裂力学理论提出岩爆发生机理的

7、层裂屈曲模型，该模型很好的描述了洞室表面岩爆的发生机理冯涛，潘长良.洞室岩爆机理的层裂屈曲模型[J].中国有色金属学报,2004,10(2):287-290[]。杨健，武雄将系统工程决策方法和模糊数学评价方法有机结合，提出一种多指标、多因素、多判据的岩爆综合评价方法.AHP-FUZZY法。该方法综合考虑了影响岩爆发生的十多种因素，避免了仅考虑少数几种判据所带来的局限性，同时通过层次结构分析方法较为客观地洽出了各种影响因素的影响程度权值，为提高岩爆综合预测评价的可靠性创造了条件。本文杨健，武雄。岩爆综合预测评价方法[J].岩石力学与工程学,2005，24(3):41

8、1-416