深部花岗岩试样岩爆过程实验研究
研究岩石的实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过岩石力学实验，研究岩石的力学性质，包括抗压强度、抗拉强度、变形性能、水理性质等，为岩土工程设计和施工提供理论依据。
二、实验原理岩石力学实验主要包括以下几种：1. 岩石单轴抗压强度试验：在岩石试件上施加轴向压力，当试件破坏时，记录破坏时的最大轴向压力，以此确定岩石的单轴抗压强度。
2. 岩石抗拉强度试验（劈裂试验）：将岩石试件沿劈裂面进行拉伸，当试件破坏时，记录破坏时的最大拉伸力，以此确定岩石的抗拉强度。
3. 岩石变形试验：通过施加轴向压力，观察岩石的变形情况，分析岩石的变形规律。
4. 岩石水理性质试验：测定岩石的吸水性、软化性、抗冻性和透水性等水理性质。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：岩石力学试验机、万能试验机、岩样制备设备、量筒、天平等。
2. 实验材料：岩石试件、砂、水等。
四、实验步骤1. 岩石单轴抗压强度试验：（1）将岩石试件加工成标准尺寸，并对试件表面进行打磨。
（2）将试件放入岩石力学试验机，调整试验机夹具，使试件轴向压力方向与试件轴线一致。
（3）启动试验机，以一定的加载速度对试件施加轴向压力，当试件破坏时，记录破坏时的最大轴向压力。
2. 岩石抗拉强度试验（劈裂试验）：（1）将岩石试件加工成标准尺寸，并对试件表面进行打磨。
（2）将试件放入万能试验机，调整试验机夹具，使试件劈裂面与试验机轴线一致。
（3）启动试验机，以一定的拉伸速度对试件施加拉伸力，当试件破坏时，记录破坏时的最大拉伸力。
3. 岩石变形试验：（1）将岩石试件加工成标准尺寸，并对试件表面进行打磨。
（2）将试件放入岩石力学试验机，调整试验机夹具，使试件轴向压力方向与试件轴线一致。
（3）启动试验机，以一定的加载速度对试件施加轴向压力，记录试件的变形情况。
4. 岩石水理性质试验：（1）测定岩石的吸水性：将岩石试件放入量筒中，加入一定量的水，记录试件吸水后的质量。
（2）测定岩石的软化性：将岩石试件浸入水中，记录试件饱和后的抗压强度。
岩石应变岩爆实验声发射频谱特征
大尺度片麻岩试件（105 cm×40 cm×10 cm）在 循环荷载作用下声发射频率范围为 50~250 kHz［7］。 混凝土在低荷载作用下声发射频率分布范围为 10~ 50 kHz，分布窄，频率较低，幅值较小。有微裂纹产生 时，出现 165 kHz 的高频成分。随着荷载增加，10~ 165 kHz 频宽范围内的幅值增大。当宏观裂纹形成 时，高幅值的声发射频率位于 15 kHz 左右，而在临近 破坏前，高幅值覆盖了 10~165 kHz，声发射活跃［8］。 花岗岩节理摩擦滑移产生的声发射信号频率范围为 78.1~312.5 kHz［9］。
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总第 626 期
现代矿业
2021 年 6 月第 6 期
期声发射在室内岩石实验应用主要是对荷载—声发 射特征—破坏特征的关系进行分析。随着技术进 步，声发射定位精度提高，实现了采用矩张量理论对 声发射数据进行分析，判定声发射源张拉或剪切类 型［3］。现场矿山开采过程中通过建立声发射微震监 测网，实时监测声发射信息，用于预警［4］。
本研究根据声发射波的传播及衰减规律，根据 已有的研究成果，对室内应变岩爆实验条件下岩石 材料破坏过程中的声发射频谱特征进行分析，并就
如何分析应用室内实验声发射结果进行初步说明。
1 声发射波的传播及衰减特征
一般认为采用声发射技术对材料进行研究时，
有一个频率适用范围［11］。岩石材料声发射频率范围
真三轴卸载下深部岩体破裂特性及诱发型岩爆机理研究
真三轴卸载下深部岩体破裂特性及诱发型岩爆机理研究一、本文概述本文旨在深入研究真三轴卸载条件下深部岩体的破裂特性及其诱发的岩爆机理。
随着地下工程向深部发展，深部岩体的力学行为及其稳定性问题日益突出。
岩爆作为一种常见的深部岩体动力灾害，对地下工程的安全性和稳定性构成了严重威胁。
因此，揭示真三轴卸载条件下深部岩体的破裂特性和岩爆机理，对于预防和控制岩爆灾害具有重要的理论意义和实践价值。
本文首先回顾了国内外关于深部岩体破裂特性和岩爆机理的研究现状，指出了现有研究的不足和需要进一步深入探索的问题。
在此基础上，通过理论分析、实验室试验和数值模拟等多种方法，系统地研究了真三轴卸载条件下深部岩体的应力-应变关系、破裂模式、能量演化规律等关键科学问题。
本文的主要研究内容包括：1）建立真三轴卸载条件下深部岩体破裂特性的理论分析框架；2）开展真三轴卸载试验，揭示深部岩体在不同卸载路径下的破裂模式和能量演化规律；3）利用数值模拟方法，分析深部岩体在真三轴卸载过程中的应力分布、位移场和能量场的变化特征；4）结合理论分析和数值模拟结果，探讨真三轴卸载条件下诱发岩爆的机理和影响因素。
本文的研究成果不仅有助于深化对深部岩体破裂特性和岩爆机理的认识，也为地下工程的安全设计和灾害防控提供了重要的理论依据和技术支持。
二、真三轴卸载条件下深部岩体破裂特性研究在真三轴卸载条件下，深部岩体的破裂特性是一个复杂且关键的问题。
为了深入了解这一过程，本研究采用了一系列先进的实验方法和数值模拟技术，对岩体的应力-应变行为、破裂模式以及能量演化等方面进行了详细的分析。
通过真三轴实验设备对深部岩体进行卸载模拟。
实验过程中，我们精确控制了卸载速率和卸载路径，以模拟实际工程中的卸载过程。
同时，利用高分辨率的摄像头和位移传感器，实时记录了岩体表面的裂缝扩展和变形情况。
实验结果表明，在真三轴卸载条件下，深部岩体的破裂特性呈现出明显的非线性特征。
随着卸载的进行，岩体内的应力场和应变场发生重分布，导致岩体逐渐产生裂缝。
卸载速率对花岗岩应变岩爆破坏及碎屑形貌特征的影响
第 54 卷第 6 期2023 年 6 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.6Jun. 2023卸载速率对花岗岩应变岩爆破坏及碎屑形貌特征的影响李春晓1, 2，李德建1, 2，刘校麟1, 2，祁浩1, 2，王德臣1, 2(1. 中国矿业大学(北京) 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，北京，100083；2. 中国矿业大学(北京) 力学与建筑工程学院，北京，100083)摘要：为研究深部工程开采过程中开挖速率对岩爆破坏特征的影响，首先，利用自主研发的真三轴应变岩爆实验系统，开展不同卸载速率下的花岗岩应变岩爆实验，借助动态高速应力监测系统和双目高速摄影系统监测试样岩爆过程；其次，分析了卸载速率对试样的岩爆破坏峰值强度、岩爆破坏过程、试样破坏形态以及碎屑块度特征的影响；再次，利用三维激光扫描系统建立了中粗粒碎屑的三维数字模型，分析碎屑三维形貌的几何及表面幅度特征参数；最后，基于分形理论和立方体覆盖法，定量研究了不同卸载速率对岩爆碎屑表面形貌的影响。
研究结果表明：随着卸载速率提高，试样岩爆时的峰值强度和破坏烈度增大，岩爆碎屑的破碎程度降低，岩爆破坏模式由张拉型破坏过渡到剪切型破坏。
在高卸载速率的影响下，试样内部裂纹未充分发育和扩展，容易形成几何形态规则的岩爆碎屑，并且碎屑表面形貌的复杂程度降低。
岩爆碎屑表面形貌具有明显的分形特征，卸载速率越大，碎屑表面形貌的分形维数越小。
关键词：应变岩爆；卸载速率；破坏特征；碎屑形貌；三维激光扫描；分形中图分类号：TU45 文献标志码：A 开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2023）06-2298-14Effect of unloading rates on characteristics of damage andfragment morphology for strainburst of graniteLI Chunxiao 1, 2, LI Dejian 1, 2, LIU Xiaolin 1, 2, QI Hao 1, 2, WANG Dechen 1, 2(1. State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering, China University of Mining andTechnology(Beijing), Beijing 100083, China;2. School of Mechanic and Civil Engineering, China University of Mining and Technology(Beijing),Beijing 100083, China)收稿日期： 2022 −08 −10； 修回日期： 2022 −11 −03基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(41572334)；中央高校基本科研业务费专项资金资助(2022YJSSB05)；深部岩土力学与地下工程国家重点实验室(北京)创新基金资助(SKLGDUEK202222) (Project(41572334) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(2022YJSSB05) supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities; Project(SKLGDUEK202222) supported by the Innovation Foundation of State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering, Beijing)通信作者：李德建，博士，教授，从事深部岩体力学与工程灾害控制研究；E-mail ：****************DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.06.019引用格式： 李春晓, 李德建, 刘校麟, 等. 卸载速率对花岗岩应变岩爆破坏及碎屑形貌特征的影响[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(6): 2298−2311.Citation: LI Chunxiao, LI Dejian, LIU Xiaolin, et al. Effect of unloading rates on characteristics of damage and fragment morphology for strainburst of granite[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(6): 2298−2311.第 6 期李春晓，等：卸载速率对花岗岩应变岩爆破坏及碎屑形貌特征的影响Abstract:To study the effect of excavation speed on rock burst damage characteristic during the mining process of deep engineering, firstly, a series of strainburst experiments under different unloading rates were conducted on granite by using the self-developed true triaxial strainburst experimental system. The rock burst process of specimen was monitored with the dynamic high-speed stress monitoring system and binocular high-speed photography system. Secondly, the influence of unloading rate on peak strength of rock burst damage, rock burst damage process, damage morphology and fragmentation characteristic of specimen were analyzed. Thirdly, the three-dimensional digital model of medium-coarse grained fragment was established by using the three-dimensional laser scanning system, and the characteristic parameters of geometry and surface amplitude for three-dimensional morphology of fragment were studied. Finally, based on fractal theory and cube-covering method, the influence of unloading rate on surface morphology complexity of rock burst fragment was quantitatively studied.The results show that with the increase of unloading rate, the peak strength and damage intensity of specimen during rock burst increase, and the degree of fragmentation of rock burst fragments decreases, meanwhile the damage mode of rock burst transforms from tensile damage to shear damage. The cracks within the specimen are not sufficiently developed and penetrated under the influence of high unloading rate, which will make the geometrical morphology more regular and reduce the complexity of surface morphology of fragment. The surface morphology of rock burst fragment also exhibits distinct fractal characteristic. The higher the unloading rate is, the smaller the fractal dimension of surface morphology of rock burst fragment is.Key words: strainburst; unloading rate; damage characteristic; fragment morphology; three-dimensional laser scanning; fractal岩爆是能量岩体沿开挖临空面瞬间释放能量的非线性动力学现象[1]。
隧道施工中岩爆的成因及预防探讨
隧道施工中岩爆的成因及预防探讨摘要：岩爆是高地应力条件下地下岩体工程开挖过程中, 由于开挖卸荷引起围岩的弹性应变能突然释放,并产生爆裂、松脱、剥离、弹射甚至抛掷等破坏现象的一种动力失稳地质灾害。
它是埋深大隧道施工中发生频率较高的突发性地质灾害。
本文就隧道施工中岩爆的成因及预防进行探讨，为隧道施工中岩爆预防提供参考。
关键词：隧道施工岩爆成因预防探讨在平常的隧道施工过程中经常会出现各式各样的岩体失稳的现象, 而岩爆就这样一种十分特殊的岩体失稳现象, 它是岩体里聚集着的高弹性应变能, 岩爆一般多发生在完整且坚硬的岩体上。
一般而言,完整的岩体相对比较稳定, 不会跟块裂岩体或者碎裂岩体一样, 容易沿着脆弱的结构面发生结构体的滑动及坍塌。
因而,在平常的隧道施工工程中, 我们往往会加强不良地质地段的防范并采取措施, 可是当挖掘到完整且坚硬的岩层地段的时候, 常常容易忽略岩爆——这一特殊的地质灾害。
一、有关岩爆的特点1.岩爆在未发生前并无明显的预兆。
一般认为不会掉落岩块的地方也会突然发生岩石爆裂声响, 石块有时应声而下, 有时暂不坠落, 这与塌顶和侧壁坍塌现象有明显的区别。
2.岩爆时, 岩块自洞壁围岩母体弹射出来,一般呈中厚边薄的不规则片状, 块度大小多呈几厘米长宽的薄片, 个别达几十厘米长宽。
严重时,成吨重的岩石从拱部弹落, 造成岩爆性坍方。
3.岩爆多发生在新开挖工作面及其附近,也有个别发生在距新开挖工作面较远处。
岩爆发生的频率随围岩暴露时间的延长而降低。
岩爆可瞬间突然发生, 也可持续几天到几个月。
二、有关隧道施工中岩爆的因成分析1.有五大内在因素影响岩爆的发生:第一最大初始应力/岩石单轴抗压强度>1/7；第二岩石抗压强度较高(>80ＭＰＡａ)；第三岩石完整性好；第四较大隧道埋深；第五岩石干燥无水；施工中若具备三个因素以上便容易产生岩爆, 在具备岩爆条件的情况下, 其发生的概率同时与洞室跨度相关,跨度越大, 发生岩爆的概率就越大。
深部开采岩爆研究现状综述
深部开采岩爆研究现状综述深部开采岩爆研究现状综述摘要：岩爆是⼀种世界性的地质灾害，随着矿⼭开采深度的增加，岩爆已经成为⼀种越来越突出的潜在威胁，极⼤地威胁着矿⼭施⼯⼈员和设备的安全。
⽬前，国内外在岩爆⽅⾯做了⼤量的研究⼯作，但是，由于岩爆问题极为复杂，还没有成熟的理论和⽅法。
本⽂针对岩爆定义、岩爆发⽣机理、岩爆预测预报、岩爆控制的研究现状，进⾏了归纳分析与评述。
关键词：岩爆，岩爆发⽣机理，岩爆预测，研究现状前⾔随着浅部资源的逐渐减少和枯竭，地下开采的深度越来越⼤。
近年来，我国⼀些⾦属矿相继进⼊深部开采，如云南会泽铅锌矿采深已超过1000m，铜陵冬⽠⼭铜矿采深已达1100m，抚顺红透⼭铜矿已进⼊900-1100m深度，湘西⾦矿超过850m，⼭东玲珑⾦矿采深⼰达800m。
深井矿⼭开采，最显著的变化是显现“⾼应⼒、⾼温和⾼孔隙⽔压”的“三⾼”特性，开采环境⼤⼤恶化，潜在的重⼤安全隐患增多。
岩爆作为地下⼯程的⼀⼤危害，直接威胁施⼯⼈员、设备的安全，影响⼯程进度，如何有效的减轻岩爆引起的灾害，已成为世界性的地下⼯程难题之⼀，并受到世界各国相关学者的⼴泛关注。
岩爆发⽣地点具有“随机性”、孕育过程具有“缓慢性”、发⽣过程具有“突发性”，对⽣产安全和⼯程可靠性的危害极⼤，已经严重影响了矿⼭的正常⽣产。
⽬前，国内外在岩爆⽅⾯做了⼤量的研究⼯作，但是，由于岩爆问题极为复杂，还没有成熟的理论和⽅法。
1、岩爆定义及分类1.1岩爆的定义时⾄今⽇还没有⼀个统⼀公认的岩爆定义。
在谈到岩爆时，⼈们通常会说岩爆就是⾼强度脆性岩⽯的猛烈破坏，或者说是储存在岩体内的弹性应变能突然释放。
国内普遍认为岩爆是地下⼯程或采矿过程中岩体破坏的⼀种形式。
它是处于⾼地应⼒或极限平衡状态的岩体或地质结构体，在开挖活动的扰动下，其内部储存的应⼒能瞬间释放，造成开挖空间周围部分岩体从母岩体中急剧、猛烈地突出或弹射出来的⼀种动态⼒学现象。
岩爆的发⽣常伴随着岩体震动。
岩石破裂与断裂特征的实验研究
岩石破裂与断裂特征的实验研究岩石破裂与断裂特征一直是地质领域研究的重要课题之一。
通过对岩石破裂现象的实验研究，可以深入了解岩石在不同载荷下的应力分布、应力释放方式以及断裂过程中的介质变形等各个方面，为地质灾害预测、资源勘探与工程建设提供重要的理论依据。
本文将通过实验的方式探讨岩石破裂的机理及其断裂特征，并对实验结果进行详细分析和讨论。
实验材料与方法在进行岩石破裂实验之前，我们首先需要准备实验所需的材料和仪器设备。
对于岩石破裂实验而言，常用的材料有花岗岩、石灰岩、砂岩等。
根据实验需求，选择合适的岩石样本，并进行精细的制备和标定。
实验中使用的仪器设备包括应力-应变测量仪、压力仪、扫描电镜等。
应力-应变测量仪用于测量岩石在加载过程中的应力变化，压力仪可用于监测岩石内部的压力情况，扫描电镜用于观察岩石的断裂表面形貌。
实验设计与结果分析根据实验的目的和要求，我们可以设计不同类型的岩石破裂实验。
比如，可以通过加载单轴压缩实验来模拟地壳中的应力状态，观察岩石的变形过程和破裂特征；也可以进行剪切实验来研究岩石的剪切断裂机制。
以单轴压缩实验为例，实验开始时，将岩石样本放置在实验装置中，并施加垂直于样本轴向的加载力。
在加载的过程中，使用应力-应变测量仪记录岩石的应力变化情况，并及时观察和记录岩石的断裂特征。
实验结果显示，在加载初期，岩石的应力随加载力的增加而线性增加。
随着加载力的进一步增加，岩石出现了应力峰值，此时岩石发生了微细的裂纹形成。
当加载力继续增加时，岩石开始发生明显的破坏，断裂面逐渐扩展，最终导致岩石的断裂和破碎。
扫描电镜的观察结果显示，岩石的断裂面呈现出不规则的形态，具有明显的破碎纹理。
讨论与结论通过对岩石破裂实验结果的分析和讨论，我们可以得出一些初步的结论。
首先，在岩石单轴压缩实验中，岩石在加载初期表现出线性的应力-应变关系；当加载力继续增加时，岩石出现应力峰值，断裂面开始扩展，最终导致岩石的破裂和破碎。
花岗岩科学实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解花岗岩的物理性质，包括密度、硬度、抗压强度等。
2. 分析花岗岩的内部结构，包括矿物组成、晶体形态、孔隙结构等。
3. 掌握花岗岩的测试方法，为相关工程应用提供依据。
二、实验材料1. 花岗岩样品：取自某地花岗岩矿山，样品尺寸为10cm×10cm×10cm。
2. 仪器设备：电子天平、硬度计、万能试验机、X射线衍射仪、扫描电镜等。
三、实验方法1. 密度测定：采用排水法测定花岗岩样品的密度。
2. 硬度测定：采用莫氏硬度计测定花岗岩样品的硬度。
3. 抗压强度测定：采用万能试验机测定花岗岩样品的抗压强度。
4. 矿物组成分析：采用X射线衍射仪对花岗岩样品进行矿物组成分析。
5. 晶体形态分析：采用扫描电镜对花岗岩样品进行晶体形态分析。
6. 孔隙结构分析：采用压汞法对花岗岩样品进行孔隙结构分析。
四、实验步骤1. 密度测定（1）将花岗岩样品清洗干净，并用电子天平称量其质量m1。
（2）在量筒中加入一定量的水，记录水的体积V1。
（3）将花岗岩样品完全浸入水中，记录水的体积V2。
（4）根据公式ρ = (m1 / (V2 - V1)) × 1000计算花岗岩样品的密度。
2. 硬度测定（1）将花岗岩样品表面磨光，使其平整。
（2）使用莫氏硬度计，依次对样品进行硬度测定，记录结果。
3. 抗压强度测定（1）将花岗岩样品表面磨光，使其平整。
（2）将样品放置在万能试验机的夹具中，调整夹具间距。
（3）启动万能试验机，使样品受到均匀的压力，直至样品破坏。
（4）记录破坏时的最大载荷F，根据公式σ = F / S计算花岗岩样品的抗压强度，其中S为样品的截面积。
4. 矿物组成分析（1）将花岗岩样品粉碎，过筛，取适量样品进行X射线衍射分析。
（2）根据衍射图谱，分析花岗岩样品的矿物组成。
5. 晶体形态分析（1）将花岗岩样品进行表面处理，使其表面平整。
（2）使用扫描电镜对样品进行观察，记录晶体形态。
深部高应力硬岩隧道围岩岩爆模拟试验及机理研究
《深部高应力硬岩隧道围岩岩爆模拟试验及机理研究》2023-10-26CATALOGUE目录•引言•深部高应力硬岩隧道围岩岩爆模拟试验•围岩岩爆机理研究•工程应用与实践•研究结论与展望01引言•深部高应力硬岩隧道是国家重大工程建设中的重要环节，而围岩岩爆是此类隧道建设的关键问题之一。
岩爆常常导致严重的安全事故和工程损失，因此对围岩岩爆的模拟试验及机理研究具有重要的理论和实践意义。
研究背景与意义•目前，国内外学者针对围岩岩爆开展了大量研究，但大多数研究集中在现场观测、数值模拟和理论分析方面，而对于围岩岩爆的模拟试验及机理研究仍存在不足。
因此，开展深部高应力硬岩隧道围岩岩爆模拟试验及机理研究具有重要的现实意义。
本研究旨在通过对深部高应力硬岩隧道围岩岩爆的模拟试验及机理研究，为解决围岩岩爆问题提供理论依据和实践指导2. 围岩岩爆影响因素的研究：分析围岩岩爆与地质构造、材料性质和工程因素之间的关系，确定影响围岩岩爆的主要因素。
3. 围岩岩爆控制方法的研究：根据围岩岩爆发生机理和影响因素的研究结果，提出相应的控制方法，并通过现场试验验证其有效性。
1. 围岩岩爆发生机理的研究：通过对围岩岩爆的能量平衡、应力和应变等参数进行分析，揭示围岩岩爆的发生机理。
研究内容与方法02深部高应力硬岩隧道围岩岩爆模拟试验1模拟试验方法23使用与实际工程地质条件相似的材料进行模拟试验，以再现围岩的力学行为和岩爆现象。
相似材料模拟利用计算机软件对围岩的应力分布、位移场、速度场等进行数值模拟，预测岩爆发生的可能性。
数值模拟在硬岩隧道施工过程中，对围岩进行实时监测，获取围岩的应力、应变等数据，为模拟试验提供参考。
现场监测在实验室或现场进行围岩试样的制备、加载和观测，记录围岩在受力过程中的变形、破裂、位移等变化情况。
试验过程通过模拟试验，获取了围岩在不同应力条件下的变形特征和破坏模式，发现了围岩的脆性、高应力状态下的能量释放等特征。
试验结果模拟试验过程与结果结论通过模拟试验，证实了深部高应力硬岩隧道围岩具有较高的强度和刚度，但在高应力状态下易发生脆性破裂。
岩爆发生过程的能量判别指标_杨凡杰
AN ENERGY CRITERION IN PROCESS OF ROCKBURST
YANG Fanjie，ZHOU Hui，LU Jingjing，ZHANG Chuanqing，HU Dawei
(State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering，Institute of Rock and Soil Mechanics， Chinese Academy of Science，Wuhan，Hubei 430071，China)
[1] [2]
、岩体失稳理
论[5]、突变理论[6]、分形理论[7]和损伤理论[8]等多方 面开展了大量的研究，并提出了不同的岩爆判别指 标， 如 N. Barton 等 利用岩石单轴抗压强度c 和围
[1]
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
岩的最大主应力1 之比来对岩爆倾向性进行评价； A. Kidybinski 利用岩样中储存的弹性变形能与由 于永久变形和碎裂造成的耗损应变能的比值 Wet 来 确定岩爆的倾向性；潘一山等 利用突变理论中的 尖角型突变模型，对洞室岩爆的失稳本质进行了探 讨等。实际工程中，一般采用上述判别指标，结合 理论分析和数值计算等，对工程岩体的岩爆倾向性 进行综合评估分析。目前，该类方法还只能在静态定 量计算的结果上对岩爆危险性做出定性的判别
[3-4]
岩爆是深部工程开挖过程中产生的一种动力灾 害，严重影响着深埋地下工程的施工安全，如天生 桥、二滩、瀑布沟、拉西瓦和锦屏二级等水电工程 施工期间均发生了不同程度的岩爆灾害，极大地威 胁到现场施工人员和设备的安全，同时也给工程设 计和施工安全带来了巨大挑战。因此，为了科学指 导深埋地下工程建设，为工程设计和安全施工提供 科学依据，研究岩爆灾害的机制及其预测和评估方 法具有重要的理论和工程意义。 岩爆形成机制极其复杂，国内外学者已经从强 度理论 、刚度理论 、能量理论
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关键词：岩石力学；岩爆过程；深部；岩爆类型；花岗岩
中图分类号：TU 45
文献标识码：A
文章编号：1000–6915(2007)05–0865–12
EXPERIMENTAL STUDY ON ROCKBURST PROCESSES OF GRANITE SPECIMEN AT GREAT DEPTH
HE Manchao1，2，MIAO Jinli1，2，LI Dejian1，2，WANG Chunguang1，2
随着矿山、水利水电、铁路(公路)交通隧道等 工程向深部发展，岩爆作为一种深部灾害现象，其 发生越来越频繁。为了提高岩爆预测、预报的准确性， 保证深部资源开采的安全性，深入开展岩爆的机制研 究非常必要。过去人们对岩爆的研究着重于两个方 面：一方面是岩爆理论分析，基于岩爆的破坏现象， 对岩石进行室内实验，获得岩石的脆性指数、弹性能 指数或岩爆倾向性指数等指标，对岩爆进行分类与预 测[3]；另一方面则侧重于岩爆的现场实验与监测研 究，在此方面国内外学者进行了大量的研究工作。 唐礼忠等[4]对有深部硬岩岩爆灾害的冬瓜山矿山采 用微震法进行监测，从而预报岩爆。刘建辉和李化 敏 [5] 研 究 了 电 磁 辐 射 法 在 岩 爆 监 测 中 的 应 用 。 J. Šilený 和 A. Milev[6]在南非金矿开采现场进行了岩 爆模拟实验，利用地震波监测原理分析岩爆预测的 准确性，并用高速摄影分析岩爆时弹射块体的弹射 速度。S. Y. Wang 等[7]对单轴条件的岩爆机制进行了 数值模拟和分析。杨 健和武 雄[8]提出了采用系统 决策和模糊数学相结合的层次分析–模糊综合评 价方法(AHP-FUZZY)。左宇军等[9]提出了层裂屈曲 岩爆的突变模型。邵 鹏等[10]提出了岩爆发生的随 机共振模型。V. A. Mansurov[11]提出了采用开采引起 的地层振动数据来进行岩爆预测的方法。
2 岩爆概念及岩爆发生机制分析
岩爆(rockburst)是指采掘导致的岩层突然破坏 现象，发生岩爆的过程中往往伴随着开挖空间的大 应变、大位移以及岩层碎块从母岩中的高速脱离， 向开采空间抛出，抛出的岩体质量从数吨到数千吨 不等[21]。徐林生等[22]指出：岩爆是高地应力条件下 隧道开挖后来不及作初期支护以及加固强度不够的 情况下所发生的围岩失稳现象，一般二次衬砌完成 后，较少再有岩爆现象发生。岩爆就其破坏机制而 言，是一种开挖卸荷条件下高地应力区地下硐室岩 体自身积蓄的大量弹性应变能突然猛烈释放所造成 的拉张脆性或张剪脆性并存的急剧破裂或爆裂破坏
Abstract：Rockburst is a nonlinear dynamical phenomenon when large amounts of energies release along free surface during excavation within underground rock masses at great depth. An experimental system has been designed to reproduce such a natural rockburst phenomenon by means of two processes，one is true triaxial stress loading process to simulate in-situ stresses；and the other is surface unloading process with unloading one direction stress fast to produce a free surface. During the process of one direction unloading，the stresses in other two directions are kept original or the loads in one direction increase with the other steady. Ten of granite plate specimens are tested. The relation curves of stress and time in the entire process of granite rockbursts are acquired based on the results of collected data. The experimental results show that the process of granite rockburst includes four stages—calm period，small grains ejection，rock flakes and /or grains ejection and collapse entire fracture. Rockburst intensity is defined by the ratio of maximum principal stress σ1 to uniaxial compression strength σc. According to the time between the unloading and the beginning of the rockburst，three types of rockbursts are classified，instant rockburst，standard rockburst and delayed rockburst. The microcosmic characteristic of the granite after rockburst fracture is analyzed. Three fracture styles of rockburst are classified—local grains ejection failure，flake spalling failure and block collapse failure. The mechanism of rockburst is preliminarily discussed. It is of great importance to study rockburst mechanism and to prevent rockburst in deep coal mine engineering. Key words：rock mechanics；rockburst processes；great depth；rockburst types；granite
岩爆现象多发生在高应力的硬岩岩体中，在我 国煤矿煤岩层中，有花岗岩岩体侵入的情况，需要 在其中布置硐室；在金矿开采过程中，也需要在花 岗岩岩体中进行开挖；水电站建设中也有在花岗岩 岩体中进行施工的工程实例，在条件具备的情况下 就会发生岩爆。进行花岗岩岩爆实验，在实验室条 件下再现岩爆现象，可以详细分析岩爆发生条件和 岩爆发展进程，进而为进行岩爆的工程预测预报提 供依据。
收稿日期：2006–12–18；修回日期：2007–01–20 基金项目：国家重点基础研究发展计划(973)项目(2006CB202200)；国家自然科学基金重大项目(50490270)；国家基金委创新群体基金资助项目(50221402) 作者简介：何满潮(1956–)，男，博士，1981 年毕业于长春地质学院工程地质专业，现任教授、博士生导师，主要从事软岩、边坡及工程地质、地热 工程等方面的教学与研究工作。E-mail：hemanchao@
状剥离伴随着颗粒混合弹射及全面崩垮 4 个阶段；将花岗岩岩爆的破坏形式分为颗粒弹射破坏、片状劈裂破坏和
块状崩落破坏；分析发生岩爆后花岗岩试样的微观结构破坏特征；根据卸载后发生岩爆的最大主应力与岩石单轴
抗压强度的比值对岩爆强度进行分类；根据卸载后至发生岩爆现象的时间，将岩爆分为滞后岩爆、标准岩爆和瞬
时岩爆，并对花岗岩岩爆发生机制进行初步探讨。
摘要：利用自行设计的深部岩爆过程实验系统，对深部高应力条件下的花岗岩岩爆过程进行实验研究。岩爆实验
过程可模拟实际工程的开挖条件：对加载至三向不同应力状态下的板状花岗岩试样，快速卸载一个方向的水平应
力，保持其他两向应力不变或保持其中一向应力不变增加另外一向应力。实验过程中采集 3 个方向应力随时间的
变化数据，获得花岗岩岩爆全过程应力曲线。根据实验结果，将花岗岩岩爆全过程分为平静期、小颗粒弹射、片
第 26 卷 第 5 期 2007 年 5 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.26 No.5 May，2007
深部花岗岩试样岩爆过程实验研究
何满潮 1，2，苗金丽 1，2，李德建 1，2，王春光 1，2
(1. 中国矿业大学 力学与建筑工程学院，北京 100083；2. 中国矿业大学 “煤炭资源与安全开采”国家重点实验室，北京 100083)
(1. School of Mechanics and Civil Engineering，China University of Mining and Technology，Beijing 100083，China；2. State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety，China University of Mining and Technology，Beijing 100083，China)
由于影响岩爆的因素很多，除受岩性条件和应 力条件控制外，开采条件(包括地下工程几何形状、 开采方式、开采顺序等)对岩爆的发生也有很大影 响。目前对岩爆的发生和破坏机制还没有很清楚的 认识，对岩爆的预测还不够准确本，而实验是 岩爆机制研究的基础之一。
过去有很多关于单轴压缩的岩爆室内实验、单 轴及双轴动静载荷组合的岩爆实验、真三轴加载的 岩爆实验和常规三轴卸载的岩爆实验的研究[12～15]。S. H. Cho 等[16]及 T. J. A. Wang 和 H. D. Park[17]提出用 单轴循环加、卸载实验结果预测岩爆发生的可能性。 M. N. Bagde 和 V. Petorša[18]则是用单轴动循环加、 卸载实验结果来评价有岩爆倾向性的岩石在开采过 程中的稳定性问题。谷明成等[19]和徐林生[20]则用常 规三轴加、卸载实验的方法进行岩石的室内岩爆实 验研究工作，并指出了在不同应力状态下岩石破坏 的形式与岩爆的对应关系。虽然许多学者在室内进 行了大量的岩爆实验工作，但是对于如何通过模拟 现场工程条件，在实验室条件下再现岩爆整个过程 的研究方面，一直没有取得突破性的进展。作者 认为，通过对深部岩体工程开挖过程中发生的岩爆 现象进行详细分析，建立能够模拟实际工程开挖条 件的实验系统，设计岩石试样的形式和尺寸，就可 以在实验室条件下再现岩爆这种灾害现象，并对其 进行深入细致的研究。