节理岩体岩爆机制的数值模拟研究.pdf

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1、矿业工程第1l卷第5期MiningEngineering2Ol6≈1o月·计算机应用·节理岩体岩爆机制的数值模拟研究孥多勇(中冶北疗1技术有限公司，辽宁大连116600)摘要：采Jl{JRFIADynamic仃限冗分忻软件，埘理体动J扰动F的爆过程进仃动静耦俞仿分析。结果_fJ】．动J扰动对理体发爆具有明照的触发作川。关键词：爆：动力扰动；数f模拟；理岩休中图分类号：I)T235文献标识码：A文章编号：167l一8550(20l6)()j0()60—03的平均抗，『强度为i00MPa。弹性模量为60GPa，00l言泊松比和1人】摩擦角分别为0．25和3O。。模型正中r爆是地

2、下T、J，rfI经常遇到的灾之。岩有一彤孔，孑L直径为26mnl。模型中含有『姒j组桐爆的定义在我同不行、I领域叶】有不同的定义．在正交的节理．倾角分别为45。和135。，节理问的垂际L．岩爆的慨念也不相同。一些学1}；．将爆直距离为7lTlnl，节理的平均抗强度为30Mpa．定义为高地应力条件地_F丁程开挖过程巾，硬脆弹性模垃为6GPa，泊松比和内摩擦角分别为0．1和性岩因丹挖卸倚导致储存于岩体中的弹性应变能2()。。按照平而应变问题进行号虑，对模型顶部边界突然释放，【大】而产牛爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛和左边界同时进行应力加载并保持侧系数为1，掷的一种动力失稳地质灾害。

3、逐渐缓慢将m压增加至某一恒值后，在模型顶部施Kaiser将爆破坏机制进一步归纳为⋯。T：断裂加一梯形的动力扰动．幅值为30MPa．持续时问为导敛的岩体弯曲醉胀爆、地震能传播而rjl起的5。为研究在动一静简载作Jf】下理岩体发，爆ix'H射型岩爆、地震fjl起的落岩爆。第·种类的化和模式，存模拟过程叶1小考虑支护的作刚。JII』的爆属。I：门发岩爆．即岩爆位置与震动源同I】+P一f，而后两种爆炎，属于[fI远处震动源引起的爆。然I目前埘爆问题的研究大多是对第一种类，的岩爆。针对第二f1I第三种岩爆类型的研究较少。实际上地震能传播IrjI起的石弹射型爆、地I』J起的落石爆更多发

4、生于被众多节理切割的岩()体、，lI．从i将外部动扰动能转化为块的动能，弹射剑巷道或洞内部。艇于此，采川RFIA仃限元图1数值模型及动力扰动数俩模拟软件．对理体在动静简载作用卜爆2节理体岩爆的动一静耦合模拟的发，li机制及f=f；1的力学响应进行分析，并对理产状f1l深对岩爆的影响进行探讨。存模型顶部和左侧逐渐增加并保持侧力系数始终为l，当水平和顶郎增加到12．5MIa时停l数值模型的建立止增加同，在顶部施加如1所示的动荷裁．数值模型如1．卡I!型尺寸为150r[1n1×15O内的剪应力和岩爆过程如2。静围增加到12．5rllt]1．共划分为15O×1j0个四边形等参元。岩

5、体MI)}I(t一())时，在巷道周边⋯1于切向应力超过岩的强度．洞壁只发了局部开裂和剪切破坏，在拱收稿l】期：2【¨11603顶的左角被节理充分切割的局部临空岩块发生了开作行简介：李多坞(I978)，粥(汉族)．辽j沈阳人．一l，冶北力1．技术有限公卅辐级r柱帅裂。此时若倚载不继续增加，则不再发生破坏，这种2O16年第5期李多勇节理岩体岩爆机制的数值模拟研究6l类型的岩爆即属于自发型岩爆。此时，动荷载开始由迅速增大并形成贯通，巷道周边和拱顶岩块在瞬间发模型上边界逐渐向下传播，当t一40时，应力波已生沿节理切割面脱开，从而形成岩爆。此时岩爆的范开始穿越拱顶。由于应力波的边界

6、效应，当应力波传围和深度已远大于静载作用下的岩爆范围和岩爆深播到围岩洞壁时。一部分被反射成为拉伸波，并与随度。由于动力扰动由顶部边界向下传播，拱顶破坏最之而来的入射波相互作用，在洞壁岩体内产生拉应为严重。由此可见．动力扰动对岩爆的发生具有明显力。图3为模型巷道上方沿AB线的最小主应力在不的触发作用，存动力扰动的作用下，经应力调整已达同时步的分布冈．可以看到．当t一45时，沿AB到平衡的岩体，会在拉应力的作用下，沿相互交割的线的最小主应力已在局部转化变为拉应力。由于节理结构面以及前期应力重新分布过程中产生的开裂处发强度低，拱顶上方节理在拉应力的作用下发生开裂并生突然的急剧破坏

7、。迅速贯通。随着应力波逐渐向下传播，围岩开裂范围t=3o／xs图2动力扰动触发岩爆过程有规律地间隔；或者通常是几组方向不同的节理将围岩切割成块状结构。由于不同产状、不同性质、不同连通性的节理将岩体切割成大小不一、形状各异的块体。交错组合的节理面应D5I5’6力波在岩体当中的传播更加复杂。图4为两组工节理分别倾角分别为45。、135。和0。、90。时·在静同压均为12．5MPa时，在如图l所示的动力扰动的作用下模型内部剪应力分布和岩爆发生过程及范围。应力波在被水平和垂直节理切割的岩体中的传播速度明显减慢，由数值模拟图