压剪荷载作用下双隧道围岩的剪切型岩爆:对比分析

作     者：辛杰 江权 翟迪 丰光亮 何本国 李邵军 XIN Jie;JIANG Quan;ZHAI Di;FENG Guang-liang;HE Ben-guo;LI Shao-jun

作者机构：State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical EngineeringInstitute of Rock and Soil MechanicsChinese Academy of SciencesWuhan 430071China University of Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China Energy SchoolXi’an University of Science and TechnologyXi’an 710054China Key Laboratory of Ministry of Education on Safe Mining of Deep Metal MinesNortheastern UniversityShenyang 110819China 

基　　金：Project(52325905)supported by the National Natural Science Foundation of China Project(Z020005)supported by Open Research Fund of State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering,Institute of Rock and Soil Mechanics,Chinese Academy of Sciences 

出 版 物：《Journal of Central South University》 (中南大学学报（英文版）)

年 卷 期：2023年第30卷第12期

页      码：4207-4229页

摘      要：认识剪切型岩爆的触发机理对地下工程科学设计与安全施工具有重要意义。为揭示隧道围岩(DTR)的剪切触发型岩爆机理,进行了砂岩的双矩形隧道和双圆形隧道物理模型剪切试验。在剪切试验过程中,利用高速摄像机和声发射监测仪对DTR的岩爆过程进行监测和记录,揭示了压剪下DTR的宏观和细观断裂特征;进而建立了5种隧道间距数值模型,分析了压剪下含隧洞试样连续-非连续剪切过程及其触发的岩爆机理;提出了一种新的能量冲击指数(S)来评价剪切型岩爆倾向性。试验结果表明,在剪切试验中,DTR的实时剪切特征、内外破裂特征和微裂纹数演化特征可划分为4个典型阶段:整体剪切压缩阶段(Ⅰ阶段)、以裂纹萌生为主的弹性阶段(Ⅱ阶段)、以裂纹扩展-贯通和剪切岩爆为主的剪切破裂阶段(Ⅲ阶段)和剪切摩擦阶段(Ⅳ阶段)。此外,试验结果还表明DTR在剪切型岩爆发生后可形成对称猫耳形缺口;微裂纹演化过程中DTR经历了裂纹预备阶段(Ⅰ阶段)、裂纹初始增长阶段(Ⅱ阶段)、裂纹快速增长阶段(Ⅲ阶段)和裂纹稳定阶段(Ⅳ阶段)。更重要的是,综合分析发现,双矩形隧道和双圆形隧道触发剪切型岩爆机制存在差别的本质是截面形状导致的结构效应,即双矩形隧道和双圆形隧道应力场分布差异导致断裂行为不同。研究结果有利于加深对剪切型岩爆机理的认识,为岩土工程防治提供理论依据。

主 题 词：剪切岩爆 物理模型 双隧道围岩 离散元法 隧道间距 应力场 

学科分类：081406[081406] 0806[工学-电气类] 08[工学] 0814[工学-地质类] 082301[082301] 0823[工学-农业工程类] 

核心收录：

D　O　I：10.1007/s11771-023-5496-0

馆 藏 号：203125811...