岩爆的形成机制分析

岩爆的形成机制十分复杂，搞清岩爆的形成机制，对隧道设计、施工、预测和防治至关重要。

4.6.2.1岩爆的形成机制

岩爆的形成机制，一般可从以下几个方面进行研究：

1、现场岩爆的详细观测及观测结果的分析，找出其规律性。

2、岩体及岩石性质试验分析，其中包括单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、点荷载强度、岩石弹性能量指数、岩石蠕变特性、岩石应力—应变全过程曲线、多轴应力下的强度等。

3、岩爆的室内模拟实验、应力及应变状态的分析等。

4.6.2.2岩爆的形成条件及影响因素

1、地层岩性条件

从地层岩性上看，并不是所有岩石都会产生岩爆，根据大量的现场调查发现，岩爆都是发生在新鲜完整、质地坚硬、性脆、抗压强度较高、没有或很少有裂隙的岩层中，如花岗岩、片麻岩、混合片麻岩等。那些结构松散、弹性模量小、抗压强度低、含水量高的岩石是不易发生岩爆的。

从能量观点出发，上述岩石具有良好的储能条件。这是通过分析岩石的全过程应力—应变关系解释这一现象的，并用岩石弹性能量指数WET作为衡量岩爆产生的岩性条件，WET越大，岩爆的可能性越大。

所谓弹性能量指数是指岩石加载过程岩石积蓄的弹性应变能与岩石破坏时耗散的弹性应变能之比值。

2、地应力条件

从地形图可以看出，南吉顶沟高程900米，线路前进方向右侧高程1500米，左侧高程1200米，假设将隧道放大至左侧坡面切线方向，则隧道左侧荷载为零，右侧承受一偏压荷载P。从力学上分析，隧道偏压存在剪切应力，最大剪切应力发生在右侧拱顶至拱脚位置，隧道开挖后造成应力重分布，在围岩应力重分布调整过程中形成岩爆。现场岩爆发生位置恰在拱脚至拱顶位置，证明了地应力是岩爆发生的主要因素之一。

3、岩爆与围岩应力的关系

从现场实际调查研究发现，隧道开挖后的应力状态与岩爆密切相关。洞室开挖后在掌子面和洞壁附近的围岩容易产生应力集中，最大环向应力σθ出现在距掌子面1倍洞径附岩爆发生区段近，最大轴向应力σx出现在掌子面附近。岩爆发生的地点一般都在掌子面2倍洞径左右的地段，持续时间4小时左右，烈度和频率与掌子面的距离增大而逐渐降低。

4、岩爆与洞室埋深的关系

岩爆与洞室埋深有一定关系，一般来讲，隧道埋深越大，开挖时产生岩爆的烈度和频率就可能越大，但这种关系并不是绝对的。

5、岩爆与光爆效果

洞室的断面形状直接影响围岩应力分布及应力集中程度。从应力集中角度来看，圆形断面一般比较有利，具有较小的应力集中系数。与岩体的强度相比较，围岩在低得多的初始应力场中产生岩爆，这不仅是由于洞室开挖后围岩应力产生集中，而且由于爆破施工，洞壁凹凸不平增加了洞壁应力集中程度。从现场调查来看，光爆效果好，开挖轮廓圆顺，岩爆的烈度较小；光爆效果差，开挖轮廓线凹凸不圆顺，岩爆的烈度大。

根据国内外研究，可以认为引起岩爆的原因很多，影响因素复杂，如地层岩性、地应力状态、洞室埋深、围岩应力状态、开挖断面形状、开挖方法等等。但众多因素中，地层岩性和地应力条件是产生岩爆的决定因素，只有具备这两个条件，才有可能发生岩爆。

4.6.2.3岩爆的预测岩爆的成功预测取决于多种因素，然而查明岩体初始应力场（地应力的大小及分布），则是问题的关键所在。岩体初始应力的测试多在工程的勘测阶段进行，采用的方法有：

1、实地量测

目前常用的量测方法有营钻法、水压致裂法、声发射法等。近年来这几种地应力测试手段，愈来愈为人们所重视。但是，实测常常受到费用高和测试条件的限制。

2、地质分析法

（1）借助宏观地质力学的方法，研究区域地应力场分布和大小。一般认为岩体的初始应力主要为构造残余应力与自重应力的叠加。高的构造应力主要位于地壳运动活动区。

（2）根据地形地貌的分析。某些地区上升剧烈，河谷深切，剥蚀作用很强，其岩体的初始应力大于自重应力。地形地貌造成应力集中，在高山峡谷地区，谷地为应力高度集中区。地形地貌造成应力释放，地形受密集的沟谷切割山体不雄厚的地方，构造残余应力不易储存。

3、工程类比法

可以同地质条件类似的邻区工程进行应力场量级的类比，如终南山隧道就采用了铁路隧道施工的地质资料。

4、利用反映高地应力的几种特异地质现象，预示岩爆的发生

如果岩体具有的地应力值，足以使洞室围岩发生岩爆的话，它必然也会在前期的地质勘探和岩石力学试验中表现出来，其形态无疑与低应力时有显著不同，故称此为特异地质现象。它预视该地区具有较高的地应力场，并具备发生岩爆的条件。

在地质钻孔中，当岩心出现“饼化”现象时，即预示地应力较高。所谓“饼化”即从钻孔中取出的岩心呈有规则的椭圆形薄饼，岩饼厚薄不一，从几毫米到几十毫米。这同钻孔直径有一定关系，直径大，厚度亦大，反之则小。

在现场大型剪切试验以及用表面应力解除法做岩体应力测量试验过程中，当岩体四周被解除后（四周和母岩凿断），底部自动断裂，甚至被弹起，并伴有断裂声；或将岩样放置一段时间后，自行破碎时，即预示地应力较高。当地应力较高时，无论进行钻孔压力试验，或现场大型剪切试验及室内单轴压缩试验，其应力应变关系曲线，都可能出现异常。如加载时变形为正值，卸载到零稳定后变形出现负值，或加载时基本不产生变形，卸载出现较大的负变形。

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非煤矿山常见地质灾害及防治措施

科技创新导报2019 NO.23Science and Technology Innovation Herald环境科学

科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald120DOI：10.16660/ki.1674-098X.2019.23.120非煤矿山常见地质灾害及防治措施①郭翔(重庆市九龙坡区规划和自然资源局重庆 400050)摘要：人类能通过采矿获得能源和建筑材料，但是缺乏科学合理的采矿会使区域地质环境不断恶化。由于部分地区采矿设备及技术相对落后、环境保护意识淡薄等原因，导致在采矿过程中极易产生类似于滑坡、泥石流和崩塌等常见地质灾害，使矿区当地居民的生活环境遭到破坏。所以，对矿区可能发生的地质灾害类型进行科学分析是很有必要的。本文仅以滑坡、泥石流、崩塌、岩爆等常见矿山地质灾害类型为例分析其形成机制，并且提出相关防治措施，可供类似地区借鉴参考。关键词：非煤矿山地质灾害防治中图分类号：P694 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2019)08(b)-0120-02

①作者简介：郭翔（1987—），男，重庆人，本科，工程师，经济师，研究方向：水工环地质、地质灾害防治（勘查与施工）、地质测绘等。1 滑坡1.1 滑坡成因滑坡是指斜坡上的土体或者岩体，受河流冲刷、地下水活动、雨水浸泡、地震及人工切坡等因素影响，在重力作用下，沿着一定的软弱面或者软弱带，整体地或者分散地顺坡向下滑动的自然现象。比如发生在矿区的滑坡，超过一定规模则可损坏矿山设施，毁坏厂房，迫使矿山停工、停产，给人员生命及财产造成一定的损失。1.2 滑坡防治措施（1）预防降雨及地表水的影响：一方面在边坡顶部封堵地表存在的裂缝；另一方面在坡面的汇水区合理设置截、排水构；（2）改变边坡坡率、坡高：根据工程项目安全需要对矿区新形成的岩土边坡进行削坡，减小坡体的坡度等措施；（3）支挡、锚固结构：通过对滑坡体进行支挡、锚固等措施，对存在安全隐患的边坡岩土体进行加固。2 泥石流2.1 泥石流形成原因矿区里进行生产后产生的矿石、矿渣为泥石流的形成提供了大量的固体物质来源，而足够的降雨会促使泥石流的产生。尤其是在雨水冲刷及浸泡作用下则会增加上部堆积物的自重，并减小潜在斜面的抗滑力，从而加速坡体下滑，超过临界雨量后则会形成一定规模的泥石流[1]。2.2 泥石流的预防措施预防治理泥石流通常以拦挡为主，辅之以排泄疏导。一是疏导措施：通过改变沟渠来引导泥石流形成区的流向，加大山谷地区桥梁、涵洞的排泄能力，使泥石流固水混合物按照人类意志安全疏导。排导工程，包括导流堤、急流槽、束流堤等。二是截挡措施：采用一系列工程构筑物对泥石流形成区、汇集区的固水混合物质进行拦截，防止其进入沟谷低洼地段的平坦区域，从而防止对该区域人类的生产、生活安全造成威胁。通常的拦挡措施有：格构工程、拦砂坝、截水坝等。一般来讲，采用综合性治理措施才能对泥石流形成有效的预防效果。3 崩塌3.1 崩塌成因崩塌是指陡峻山坡上岩块、土体在重力作用下，发生突然的、急剧的倾落运动。多发生在大于60°～70°的斜坡上。崩塌的物质，称为崩塌体。崩塌体为土质者，称为土崩；崩塌体为岩质者，称为岩崩。崩塌的形成区域比较广泛，任何岩性的岩质边坡均可发生崩塌类地质灾害。而边坡岩体的岩性、当地的区域地质构造、局部微地貌等因素都可能会影响崩塌的产生。单单根据矿区的地层岩性进行划分，火成岩、沉积岩、变质岩这3种岩性的边坡形成崩塌的急缓程度均有不同；但是按照区域地质构造划分，各种构造面，如节理、断层等，为崩塌的形成提供分离面的边界条件，坡体内部的结构面越发育，越有利于崩塌的形成；从地形地貌来讲，江、河、湖、沟等天然边坡及人工边坡都是有利于崩塌的产生，特别是坡度较陡的高坡度边坡均为崩塌形成的有利地形地貌。3.2 崩塌的防治手段（1）降低坡高和坡度：将边坡坡体表面存在的大量危险岩石进行有效清理，以达到降低边坡高度，设置合理坡度的要求；（2）拦挡工程：对于可能发生崩塌的区域，在其威胁人类安全的危险区域设置防护栏，并在边坡下部设置支挡结构，或者直接挂设钢丝防护网等措施。4 岩爆4.1 岩爆的成因岩爆，俗称为冲击地压，它是一种岩体内部局部聚集的应力能量在一定因素影响下突然剧烈释放，导致岩体爆裂并将岩石弹射出来的现象[2]。岩爆一般是非露天岩质矿山极易发生的地质灾害类型。若局部应力释放较小，岩爆仅有剥落少量的小块岩石；若局部应力释放较大，则岩爆现象会产生炸裂的效果，严重的情况下，则使脱离出来的岩体飞出数米远，从而破坏下部可能存在的房屋及设备设施，危及矿区人员安全。因为岩体内部应力分布不均，岩爆可瞬间发生，也可以持续数天。导致岩爆产生的原因是岩体中有Copyright©博看网 . All Rights Reserved.科技创新导报2019 NO.23Science and Technology Innovation Herald环境科学

岩爆施工技术研究

第３２卷第６期　・９２・　２　０　０　６年３月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥ　兀瓜Ｅ　Ｖ０１．３２Ｎｏ．６　Ｍａｒ．２００６　

文章编号：１００９—６８２５（２００６｝０６—００９２　０２　

岩爆施工技术研究　

高连成　

摘要：分析了岩爆的形成原因，介绍了岩爆的分类、力学机制及产生条件，结合隧道施工经验，总结了岩爆的特点以及　岩爆施工措施，从而减小地质灾害。　

关键词：岩爆，高地应力，力学机制，施工措施　

中图分类号￣ＴＵ４５７　文献标识码：Ａ　

近年来，随着世界经济的发展，交通隧道、水电站地下厂房、　

井巷坑道等地下工程因各行业的需要而迅速发展，其“长、大、深、　群”的特点日趋明显，而它们所处的地质条件等则往往易于形成　高地应力区，并经常引发一项重大地质灾害——岩爆。与软弱围　

岩、岩溶、暗河等地质灾害相比较，岩爆对隧道（洞）施工危害更　大，探测预报难度更大。　

岩爆：地下硐室内处在高地应力条件下的围岩，在开挖过程　中，因开挖卸荷引起周边围岩产生应力分异作用，造成岩石内部　

破裂和弹性应变能突然释放引起的爆裂松脱、剥离、弹射乃至抛　掷性破坏现象。　．　

高地应力：工程实践中往往将大于２０　ＭＰａ－－３０　ＭＰａ的硬质　

岩体内的初始应力称为高地应力。实际上，高地应力是一个相对　

矿床沉积学伴随矿产资源的探寻和开发逐步发展壮大，成为　发展较快的分支学科。２０世纪５０年代首先在传统的沉积矿床　

（如锰、磷、铁、铝矿床）研究中，引入沉积学和地球化学的原理和　

方法，奠定了学科基础。随后数十年间，对沉积锰、磷、铁、铝、铜、　

铀、粘土、蒸发岩类矿床及盐湖等进行了广泛的研究，形成了一些　成矿模式与成矿理论。近ｌ０年来，在我国一些主要的沉积矿床　

和层控矿床中，普遍发现化石微生物的存在，生物成矿作用研究　受到重视并取得进展。　除上述领域外，沉积学工作者近年来还在造山带沉积学或大　

地构造与沉积作用、古代深海沉积作用、沼泽沉积作用研究等方　面取得了长足进展。　

@2008-岩爆及其判据和防治

第27卷第10期岩石力学与工程学报 Vol.27 No.10

2008年10月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Oct.，2008

收稿日期：2008–06–10；修回日期：2008–07–15 作者简介：张镜剑(1931–)，男，1956年毕业于清华大学水利水电工程系水工结构研究生班，现任教授，主要从事水工结构和岩土工程方面的教学与研究工作。E-mail：zhang_jing_jian@

岩爆及其判据和防治

张镜剑1，傅冰骏2

(1. 华北水利水电学院水利工程系，河南郑州 450011；2. 中国科学院地质与地球物理研究所，北京 100029)

摘要：岩爆研究可以追溯到18世纪上半叶。迄今为止，虽然诸多科研成果已经问世，但岩爆仍然是一个世界性难

题。作为一般性的论述，首先提供一些背景材料，涉及到国内外一些工程实例、研究方法等。然后，叙述国际范

围内常用的一些岩爆判据和岩爆分级方法；论述岩爆的预测和预报；对岩爆防治，包括应力解除钻孔、注水湿化

和锚固等方法进行综述。最后，对锦屏二级水电站辅助洞发生的岩爆实例进行重点介绍，并在综合已有资料的基

础上对岩爆判据、分级及防治等提出意见和建议。

关键词：爆炸力学；岩爆判据；岩爆分级；岩爆防治

中图分类号：O 38；TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2008)10–2034–09

ROCKBURST AND ITS CRITERIA AND CONTROL

ZHANG Jingjian1，FU Bingjun2

(1. Department of Water Conservancy Engineering，North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power，

Zhengzhou，Henan 450011，China；2. Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China)

圆形洞室岩爆成因分析及其地质灾害研究

第３ｏ卷第５期　２００２年９月　河海大学学报（自然科学版）　Ｊ０Ｕ　ＡＬ　ＯＦ　ＨＯＨＡＩ　ＵＮⅣＥＲＳⅡＹ（ＮＡｒＩ＇【『ＩｉＡＩ．ＳｃⅡ　ＣＥＳ）　Ｖ０１．３ｏ　Ｎｏ．５　Ｓｅｐ．２００２　

圆形洞室岩爆成因分析及其地质灾害研究　

缪晓军　，吴继敏２，李景波２　

（１．广州市水利局，广东广州５１０６４０；２．河海大学土木工程学院，江苏南京２１００９８）　

摘要：在详细分析岩爆形成机制和传统经验判据的基础上，对岩爆产生条件及其产生部位作了预　测，并提出了岩爆预防对策：设计阶段应对洞轴线进行选择、对洞室断面进行优化；施工阶段应进行　

超前应力解除、围岩软化，以及采用合理的开挖方式；合理选择围岩加固措施．　

关键词：岩爆；机制；判据；预测；对策　中图分类号：Ｐ６３３　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００—１９８０（２００２）ｏ５—００３７—０４　

岩爆是埋藏深度大且地应力比较高的地下工程开挖过程中常遇到的工程地质问题，是一种由人类活动　而诱发的地质灾害．在地下工程中，岩爆的各种不良影响受到普遍重视．岩爆是由岩体内积聚的弹性应变能　

突然释放而引起的，具有爆裂或弹射现象．岩爆会使围岩呈片状脱落，影响围岩的稳定性，破坏施工设备．造　成人身伤亡．无论岩爆为剪切破坏还是脆性破坏，其性质都是脆性岩石的破坏．岩爆与很多因素有关，如原地　

应力状态、地层岩性、开挖断面形状、开挖方式、地形等．本文在分析岩爆成因的基础上，对岩爆可能发生部位　进行了预测，并提出了相应的预防措施．　

１岩爆发生机制　

岩体中储存的能量，通常是以弹性应变能的形式储聚于围岩内的高应力集中区内．弹性变形愈大，储备　的能量就愈多，因此，岩体内某些地区形成高储能体．高储能体具备２个条件［　］：（ａ）岩体能储聚较大的弹性　

应变能；（ｂ）岩体内应力高度集中．从储聚弹性应变能的能力分析可知：弹性岩体，在受力（在加荷与卸荷过程　中）变形时，常能储聚较多的弹性应变能，大部分高强度块状脆性岩体属此类；弹一塑性岩体，在受力变形时，　

岩爆形成机理的基本分析

郭锐;李伟;周志广

【摘要】简单地介绍了一些岩爆形成机理的经典理论,并且对它们加以分析和探讨,旨在进一步认识岩爆、研究岩爆,以便于为将来在地下工程实践中对岩爆的预测、预防提供理论依据。%Some classical theories for rockbursts mechanics are

simply introduced by this text,and they are analysed and discussed simply

too,so as to understand and research more about rockbursts to supply

theoretical basis for the forecasting and the foreguarding of rockbursts in

the future underground engineering.

【期刊名称】《山西建筑》

【年(卷),期】2011(037)032

【总页数】2页(P70-71)

【关键词】岩爆;形成机理;基本分析

【作者】郭锐;李伟;周志广

【作者单位】辽宁有色勘察研究院,辽宁沈阳110013;辽宁有色勘察研究院,辽宁沈阳110013;辽宁有色勘察研究院,辽宁沈阳110013

【正文语种】中文

【中图分类】TU457

1 概述岩爆是高地应力条件下，隧道等地下工程洞室开挖过程中，因开挖卸荷引起洞室周边围岩产生强烈的应力分异作用，储存于硬脆性围岩中的弹性应变能突然释放且产生爆裂脱落、剥离、弹射甚至抛掷性等破坏现象的一种常见动力失稳施工地质灾害。它直接威胁施工人员、设备的安全，影响工程进度。

随着人类活动向地下空间的延伸，在高地应力区修建的水电站地下厂房、隧洞等地下工程越来越多，其埋深也越来越大，随之而来的岩爆现象也越来越突出，据不完全统计，从1949年～1985年，在我国32个重要煤矿中，至少曾经发生1842起煤爆和岩爆，在一些严重的岩爆发生区，曾有数以吨计的岩块、岩片和岩板抛出。在水电工程中岩爆也频繁发生，如二滩、映秀湾、渔子溪、太平驿、锦屏、天生桥二级等水电站的地下工程在修建过程中都发生过不同程度的岩爆。根据文献检索，目前世界上大约有18个国家和地区已有大型岩爆发生，所以岩爆已经成为全球性的地质灾害。

小孤山水电站引水隧洞及高压流道岩爆综述

第４３卷第３期　２００７年９月　甘肃水利水电技术　Ｇａｎｓｕ　ＳｈｕｉＵ　Ｓｈｕｉｄｉａｎ　Ｊｉｓｈｕ　Ｖｏ１．４３，Ｎｏ．３　Ｓｅｐ．，２００７　

・设计与研究・　

小孤山水电站引水隧洞及高压流道岩爆综述　

傅　瑶　

（甘肃黑河水电开发股份有限公司，甘肃张掖７３４０００）　

摘要：介绍了岩爆的形成机制、分级和分类，小孤山水电站岩爆发生的特点、规律、防治措施及在岩爆施工中应注意和　

重视的事项。　

关键词：引水隧洞：岩爆；防治措施；经验体会．，Ｊ、孤山水电站　

中图分类号：Ｐ６４２．２１　文献标识码：Ｂ　

１　工程概况　小孤山水电站位于黑河干流大峡谷的下段。地处甘肃省　

肃南裕固族自治县境内，距张掖市１０３　ｋｍ，是黑河流域梯级　

开发规划中的第６座电站。设计引水流量１０５．５　ｍ　ｓ。设计水　头１１７　ｍ，总装机容量１０．２万ｋＷ，年发电量３＿８亿ｋＷ＂・ｈ，属　

中型Ⅲ等工程。电站为日调节径流引水式。主要由引水枢纽、　

引水隧洞和地下厂房三大部分组成。首部枢纽为闸坝结　

构．坝高２７．５　ｎ１．引水隧洞布置在黑河右岸，隧洞洞身长　

９　０２０．７７１　ｍ．为内径５．８　ｍ的圆形洞，高压流道长约１２５　ｍ，　

通过３条叉管与厂房相接。　

２工程地质条件　引水隧洞自桩号６＋６９０为界，上段为硅质板岩，最大埋　

深７２０　ｍ。岩体呈微风化一新鲜状态，层状结构，岩石单轴饱　

和抗压强度９３．０～２５４．０　ＭＰａ．变形模量８．８～２２．６　ＭＰａ，弹性　模量１１．３～２５．４　ＭＰａ：下段为石英二长岩，最大埋深ｌ　ｏ５０　ｍ，　

岩体呈微风化一新鲜状态，块状结构，岩石单轴饱和抗压强度　

８５．７—２０ｏ．３　ＭＰａ．变形模量４．８～１７－３　ＭＰａ，弹性模量１３．７～３０．５　

ＭＰａ。高压流道段岩性为石英二长岩，埋深约３００　ｍ。经开挖　

后判定。Ⅱ类围岩７　１５７．８　ｍ，占总长的７９－３％，ＩＩ１类围岩　１　７１６．５　ｍ。占１９．ｏ２％。Ⅳ类围岩９７．５　ｍ，占１．０８％，Ｖ类围岩　

隧道施工中的岩爆及时预测

第２８卷第２期　２０１１年６月　土木工程与管理学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｖｏ１．２８　Ｎｏ．２　Ｊｕｎ．２０１１　

隧道施工中的岩爆及时预测　

金志仁　，　徐文胜２，　范海波２，　王元汉　

（１．湖南城市学院土木工程学院，湖南益阳４１３０００；　２．华中科技大学土木工程与力学学院，湖北武汉４３００７４）　

摘要：岩爆是高地应力条件下隧道及地下洞室开挖中围岩因卸荷而发生的岩片爆裂松脱、剥落、弹射的地质　灾害。本文研究了岩爆形成机制和岩爆的主要影响因素，指出岩爆的发生主要与岩石性质、地质条件和应力状　况有关。为了避免或减少岩爆造成的损失，需要正确预测岩爆，其中重要工作是及时测量地应力的大小和岩石　抗压强度。针对高地应力条件下隧道及地下洞室施工过程中，经常发生岩爆的地质灾害，需要进行及时的预测　预报，预报要求快捷、简便、实用。其中岩石抗压强度采用点荷载强度仪容易进行确定，主要困难是如何及时进　行地应力测量。本文改进了门塞式应力恢复法，推导了切向应力的计算公式，确定了公式中的等效应力系数。　将该方法应用于大广南高速公路鄂赣隧道施工过程中的岩爆预测预报，预测结果与实际情况符合较好，有效地　指导了岩爆的防治，并减少了相应的损失。　关键词：岩爆；　预报；　隧道施工；　门塞式应力恢复法；　地应力；抗压强度　中图分类号：０３８；Ｏ２４１；ＴＵ４５　文献标识码：Ａ　文章编号：２０９５－０９８５（２０１１）０２－００３９－０５　

岩爆是高地应力条件下隧道及地下洞室开挖　

中围岩因卸荷而发生的岩片爆裂松脱、剥落、弹射　的地质灾害。在国内外许多地下矿山工程、地下　水电工程、铁路、公路隧道中均有报道¨．ｚ　Ｊ。岩爆　

的发生直接威胁到施工过程，需要进行及时预测　预报。　

岩爆研究在理论分析、实验研究、数值计算和　

现场测试等方面进行了许多工作，从强度理论、刚　度理论、能量理论、岩爆倾向理论等提出了多种岩　爆判据和分级方法【３　Ｊ。其中困难的问题是实际　工程中的预测预报。岩爆的预测预报分为长期趋　

岩爆的研究现状及展望

第３２卷第２２期　２００６年　１１月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲ（　ＨＩＴＥ（　ＵＲＥ　Ｖｏ１．３２　ＮＯ．２２　Ｎｏｖ．２００６　・１１７・　文章编号：１００９—６８２５（２００６）２２一Ｏ１１７一Ｏ２　岩爆的研究现状及展望　申　骞　张小明　申玉良　摘要：总结了岩爆的规律与特征，在此基础上对岩爆产生的条件及机理进行了分析和研究，并对岩爆的烈度分级、类型　和预测等进行了较为详细的论述，最后分析了岩爆的发展趋势，并对我国岩爆研究工作的重点提出了一些建议。　关键词：岩爆，机理，预测，发展趋势　中图分类号：ｎＪ７５１．９　文献标识码：Ａ　引言　岩爆是制约隧道工程发展的重大地质灾害之一，国内外学者　从不同角度，运用不同手段对岩爆问题进行研究。目前，国内外　对岩爆机制的研究还没形成统一的认识，岩爆问题研究已成为世　界性的地下工程地质灾害难题之一。随着地下工程建设的增多，　岩爆灾害问题愈加突出。岩爆机制研究是岩爆烈度分级以及预　测和防治的理论依据。为了做好岩爆的预测和防治工作，减少或　避免岩爆地质灾害，岩爆机制研究愈显重要性和紧迫性。　１　关于岩爆的定义　概括起来，对岩爆的定义有两种观点：一种认为只要岩体破　坏时有声响，产生片帮、爆裂剥落甚至弹射等现象，有新鲜破裂面　即可称为岩爆（以挪威岩爆专家Ｒｕｓｓｅｎｅｓ　Ｂ．ＩＦ为代表）；另一种观　点则认为只有产生弹射、抛掷性破坏者才能称为岩爆，而将无动　力弹射现象的破裂归属于静态下的脆性破坏（如谭以安等）。　２岩爆烈度分级　迄今为止，国内外对岩爆烈度分级问题尚有不同的见解。德　国学者Ｇ．布霍依诺１９８１年根据岩爆发生时对工程的危害程度，　将岩爆烈度划分为轻微损害、中等损害、严重损害三级；挪威岩爆　权威人士拉森斯（Ｒｕｓｓｅｎｅｓｓ　Ｂ．Ｆ）的岩爆烈度分级方案在国外很　有影响，他在１９７４年研究挪威陡山坡隧道时，就根据岩爆发生时　的声响特征、围岩爆裂破坏特征等将岩爆烈度划分为０级～３级　四级。谭以安１９８８年依据岩爆发生时的力学和声学特征、破坏　方式及其危害程度将岩爆烈度划分为弱、中等、强烈、极强四级；王　兰生１９９８年在谭以安的基础上，进一步根据声响、运动、时效、影响　深度、工程危害和破裂性质将岩爆烈度划分为轻微～剧烈四级。　３岩爆形成机制研究现状　关于岩爆，Ｅ．Ｈｏｏｋ等认为是高地应力区洞室围岩剪切破坏　作用的产物。而Ｍａｒｔｉｎ（１９８４）和Ｈａｉｍｓｏｎ（１９７２，１９８５）则通过打　有圆孔的砂岩岩板进行的单向压缩物理模拟试验，在实验室真实　地再现了孔壁崩落现象；他们得出这一现象是由于孔壁压力集中　部位的局部破坏所引起的，系张性破裂的产物。杨淑清等通过天　生桥二级水电站引水隧洞相似材料岩爆机制物理模拟试验，总结　出岩爆造成围岩劈裂破坏和剪切破坏的两种机制，并且认为它们　是两种应力水平的产物，即劈裂破坏属脆性断裂。　４岩爆预测预报研究现状　岩爆预测预报问题极为复杂，目前国内外还没有一整套成熟　的理论和方法。这里将现有的几种方法综述如下。　４．１根据特殊的地质现象进行宏观预测　这些特殊的地质现象诸如：钻孑Ｌ岩芯饼裂现象：现场大剪试　验或表面应力解除时，岩体四周被解除后，底部会自动断裂，甚至　会被弹起，并伴有断裂声等；应力一应变全过程曲线异常等。这　些现象多预示着该区岩体具有较高的地应力，可以帮助判断岩爆　是否会发生。　４．２岩石力学室内试验分析预测　下列两种方法具有代表性：　ａ０／ａＲ判据法：国内外学者多将切向应力Ｏ＂０和岩石单轴抗压　强度Ｏ＂Ｒ之比值作为岩爆判据。拉森斯１９７４年就应用有限元计算　和Ｋｉｒｓｃｈ方程：　＝３ａｌ一　３，计算洞壁最大切向应力　一，利　用　一及其岩样上点荷载强度　值，他绘制出岩爆烈度与隧道　洞壁　和　的关系图，用于预测岩爆和判定岩爆等级。　岩爆能量冲击性指标（Ａ　ｒ）判据法：国内外学者根据岩石在　刚性压力机上得到的应力一应变全过程曲线，来求取岩爆能量冲　击性指标Ａ　Ａ　Ａ１／Ａ２。　其中，Ａ　为应力一应变峰值前的曲线所包围的面积；Ａ２为　应力一应变峰值后的曲线所包围的面积。　４．３现场测试预测预报　１）声发射现场监测预报。根据李强（１９９４）和Ｌａｎｇｓｔａｆｆ（１９７７）　资料，无论是室内试验还是现场初步监测结果都表明：声发射信　号急剧增加都超前岩体（石）的变形破坏，根据这一特点，可以将　岩体声发射技术推广应用到岩爆监测预报中去。目前，该方法尚　处于试验阶段。　２）煤（岩）体电磁辐射监测预报。这一方法是依据完整煤（岩　石）压缩变形破坏过程中，弹性范围内不产生电磁辐射，峰值强度　附近时电磁辐射最强烈，软化后又无电磁辐射的原理，采用特制　的仪器，现场监测煤（岩）体变形破裂过程中发出的电磁辐射“脉　冲”信号，通过数据处理和分析研究，来预报煤（岩）爆。这一方法　首先由俄罗斯学者提出，我国王来贵等人也在开展具体应用研究　工作，目前该方法主要应用在煤爆监测预报领域中。　４．４岩爆临界深度预测　侯发亮认为（１９８１），岩爆虽然多发生在水平构造应力较大的　地区，但如果洞室埋深较大，即使没有构造应力，由于上覆岩体效　应，洞室也可能会发生岩爆。根据弹性力学求解，侯发亮推导出　仅考虑上覆岩体自重情况下岩爆发生最小埋深　（即岩爆临界　深度）的计算公式：　收稿日期：２００６—０４—２７　作者简介：申骞（１９８２　），男，石家庄铁道学院土木工程分院硕士研究生，河北石家庄０５００４３　张小明（１９７９一），男，石家庄铁道学院土木工程分院硕士研究生，河北石家庄０５００４３　申玉良（１９７５一），男，助教，石家庄铁道学院，河北石家庄

岩爆特征及机理

岩爆是指在高温高压条件下，岩石内部因爆炸性破裂产生的碎片、块状物等各种规模的岩体碎片通过空气、水等介质向外喷发的一种自然灾害。岩爆具有以下几种特征：

1.爆炸性现象：岩爆是一种爆炸性的破裂现象，在爆炸瞬间会产生巨大能量，使岩石瞬间破裂碎裂，产生大量岩屑冲击向周围空间。

2.孤立性：岩爆通常是局部爆炸所致，爆炸的范围是局限的，在其周围的岩石很少受到影响。

3.不规则性：岩爆形成的岩屑形态不规则，多呈块状或片状，大小不一。

4.高速性：岩爆中的岩屑具有向外高速飞出的特征，具有很高的起始速度及动能。

5.频繁性：岩爆往往发生在火山、地震等地质灾害频繁的地带，多次和连续发生，给人们的生命财产带来威胁。

岩爆产生的机理有多种可能，主要有以下几种：

1.热爆炸：由于地壳内部的高温高压，加上受到地震等外力作用，岩石内部压力剧增，引起内部热量的迅速释放，导致热爆炸的发生。

2.气爆：地层内的气体受到热度、压力的影响，突然释放出来，形成巨大的爆炸，造成岩石的冲击破裂。

3.活性地震：在地震发生的瞬间，岩石内部的应力瞬间释放，岩体产生剧烈破裂和变形，产生岩爆现象。 4.冰爆：在山地或极地高海拔区域，冷却作用使水分形成冰，岩石因温差等原因受到冲击后，发生变形破裂，使冰体碎片飞溅而成岩屑。

总之，岩爆现象是一种在高温高压条件下，岩石内部发生爆炸性破裂的自然现象。产生机理复杂，需要综合考虑各种环境条件因素的影响。

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