岩爆判别准则在深埋长隧洞中的应用

这些 以强 度理论 为基 础发展 起来 的岩爆 理论 都
１ 影 响 岩爆 发 生的 主 要 因素 及 岩爆 发 生机 理
１１ 主要 因素 ．
影响岩爆发生的因素很多 ，可以分为内部因素 与外部 因素 两大类 。
内部 因素 即岩体 和岩石 的本质 属性 和所 赋存 的
环境 ，包括岩体的结构特征 （ 整体块状结构、层状
在 深埋 长隧洞 的勘察 与施 工过 程 中 ，岩爆 问题 是 一种严 重 和常见 的地质 灾 害 ，从 勘察 中 的初 步设 计 阶段 到 工 程 施 工 的技 施 阶段 ，都 要 对 其 作 出判 断 ，并 要作 出结论 。然 而 ，岩爆作 为一种 极 为复杂 的动力 地质 现象 ，多数 学者 的研究 工作 还停 滞在假 说或 经 验 阶 段 。 根 据 工 程 经 验 ，最 大 埋 深 大 于 ｌ ｏ 的地 下 隧洞 ，岩爆 问题 将 不 可 避 免 。本 文 ｏｍ ｏ 拟 通过 讨论 岩爆 问题 的发生 机理 和将不 同的岩爆判 据 用 于某一 深埋 隧洞 ，预测 不 同埋 深 和桩号 之 间发 生岩爆 等级 的对应 关 系 ，使 施工 中岩爆 的预 测更 直
表 ４ 巴顿 判 据
分 析 岩石变 形破坏 过程 中 的能量传递 与转 化 ，建 立
起 以能量变 化为破 坏判 据 的强 度理论 ，就 有可 能 比
注 ：Ｒ 为单轴抗压强度；Ｒ 为抗拉强度； Ｈ为最大初始主应力。 ｔ
较接近真实反映岩石的破坏规律 ， 不少学者从能量 的观 点 出发 ，研究 了岩 石在 动态载荷 作用 下 的力学
从某 种意 义上解 释 了岩爆 的形成 原 因。
１２２ 刚度理 论 ．．
刚度 理论 最早应 用 于冲击矿 压 的研 究 ，其理 论
起源 于 刚性 压力 机理论 ，国 内研 究者根 据 刚性试 验
机原 理 ，并认 为 “ （ ） 煤 岩 的刚度 是变 数 ，在强度 极 限 以前 的刚 度 （ 为正 值 ，超 过 强 度 极 限 以后 的 Ｋ）
２１ ０２年 第 ３ 卷 第 １ ・Ｄ ＨＥ 水 利 水 电工 程 设 计 １ 期 ＷＲ
岩爆 判别准则在深埋长隧洞中的应 用
赵 国斌
摘
一
贾 国 臣
要
岩爆是深埋长 隧洞建设过程 中常见 的一种工程地质灾害现象。 国内外工程界对岩爆 问题 的研究 已经达 到 了
定 的水平 。根据不 同的判据对 国内某 引水 隧洞中的一段进行 了岩爆 问题分析 ，以埋深和桩 号对照 的形 式，对 岩爆 预 测 齐热哈塔 尔
理论认为 ，岩爆是围岩应力达到或超过围岩强度而
产生 的 围岩 破坏 现象 ，从 围岩 的静力极 限平衡 条件 出发 ，将各 种 强度准则 作 为岩爆 的判据 。在 此基 础 上进 一步发 展 出拉伸 理论 、剪切 理论 和扩容 理论 。 基 于格里 菲斯理 论 的拉伸机 理认 为 ，岩爆不 是 岩石 基质破 损 的属性 ，而仅 仅是 早 已存 在 的小型 断 裂 的扩展 。霍 克在 《 地下 工程》 一书 中指 出 ，地 下 洞室 片帮 乃至 岩爆是 剪应力 作用 的结果 。岩 土力 学 工作 者应用 扩容 理论应 用 于膨胀 岩流动 变形 ，地球 物理 工作者 将其 用 于 探讨 地 震 前 地壳 的扩 容 过程 ， 近来 国 内也 有人 利用 扩容 理论应 用于岩 爆分 析 。
Ｄ Ｈ ＷＲ
・２１ 年 第 ３ 卷 第 １期 ０２ １
பைடு நூலகம்
失稳现象。 （ 陈卫忠 ，吕森鹏 ，郭小红等 。基 于能
能量 原理 的卸 围压 试验 与岩爆 判别研 究 。岩石 力学
与工程学 报 ，２０ ，２ ８ ，１５０—１５ ０） 细 地 ０ ９ ８（ ） ３ ４ 详
（） 巴顿判 据 （ 表 ４ 。 ３ 见 ）
结构 ，碎裂结 构 以及 多 种结 构 的综 合 体 等 ） ，岩 石
的单轴抗 压 强 度 （ 硬岩 、中硬 岩 、软岩 、极 软 坚
岩） ，岩体 中结构 面 陡状 （ 剪强度 、组 成物 质 、胶 抗 结状态 等 ） ，地质 构造 环境 （ 区域构 造 的影 响和工 程 范 围内存在 构造 的影 响 ） ，地 应力 状态 （ 地应 力值 大 小 、地 应力 方 向及相互 关 系 、地应 力方 向与 结构 面 以及建 筑物 轴线 的组合关 系） ，地 下水状 态 （ 外水压 力 、地 下水 对结 构面 的影 响等 ） 。
（ ｃ） Ｋ ｒ ，即 Ｋ Ｆ Ｋ ，Ｋ ｖ 时有矿山冲 ｃ＝Ｋ ／ｌ 。ｌ ｃ＜１
击危 险存 在 。
１２３ 能量 理论 ．．
等） ，建筑物的布置（ 相邻地下建筑的分布与组合形
式） 等人 为控制 的 因素 。
岩 石 的破 坏归 根结 底是 能量驱 动下 的一 中状 态
水 利 水 电工 程 设 计
观。
１２ 岩 爆发 生机 理 ．
岩爆发 生机 理是岩 爆预 测和 防治研 究 的主要依 据和 理论基 础 ，因此 ，国内外学 者都极 其重视 机 理
研 究 。 目前 比较 流行 的岩爆 发生 机理 主要 以下列几 种理 论为基 础 。 １２ １ 强 度理论 ．．
２ ０世纪 ５ ０年代 直至 目前 逐 步形 成 的近 代 强 度
值为负值 （ ） ，如果 Ｋ ＜ １ ｍ
ｌ ，则试样便发生
外部因素包括施工方法和施工机械的选择 （ 钻 爆法 和 Ｔ Ｍ 施 工 方 法 ，钻 爆 法 的炮 眼布 置 ，施 工 Ｂ
机械 等 ） ，建筑 物形态 （ 面呈 圆形 、方形 、马蹄 形 断
突然 、猛 烈 破 坏 ， 因 而 提 出 刚 度 冲 击 性 指 标 ”
Ｂ 文 章 编 号 １０ —９０２ １ ｝１ ０７０ ０７６ ８ （０２ ０— ２．４ ０
的发生情况进行 了预 报和预测 ，为施工过程 中岩爆 的预 防提供 了依据。并对岩爆研究和防治的前景做 了展 望。 关键词 深埋长隧洞 岩爆 判据
中 图分 类 号 Ｔ ４２ Ｕ ５ 文 献标 识 码