公路隧道脆性岩体岩爆机理与模拟方法研究

1 引言

2 文献综述

2．1 选题依据及研究意义

2．2 国内外研究现状

2．3 主要研究内容及技术路线

3 研究区域工程地质条件调查及岩爆现象分析

3．1 自然地理条件

3．2 水文地质条件

3．3 隧道区域地质条件

3．4 隧道工程地质评价

3．5 隧道岩爆现象描述及分析

3．6 隧道工程区地应力测量及分析

3．7 本章小结

4 研究区域岩石力学试验及岩爆室内实验研究

4．1 岩石力学试验研究

4．2 岩爆发生静力学机制分析

4．3 岩爆试验内容及方案

4．4 实验结果分析

4．5 本章小结

5 研究区域岩样声发射能量及时频特征分析

5．1 声发射技术简介

5．2 单轴压缩实验中的声发射能量分析

5．3 巴西劈裂实验中的声发射能量分析

5．4 岩爆模拟试验中的声发射能量分析

5．5 本章小结

6 基于GBM模型的脆性岩石破裂特征模拟研究

6．1 颗粒流理论概述

6．2 模型基本概念及算法描述

6．3 细观力学参数选取

6．4 脆性岩石力学特征及数值模型构建

6．5 岩石脆性特征细观数值模拟结果分析

6．6 本章小结

7 卸载岩爆数值试验及隧道围岩变形破坏耦合分析

7．1 卸载岩爆数值试验

7．2 隧道围岩变形破坏的连续一离散耦合分析

7．3 本章小结

8 结论

8．1 主要结论

8．2 创新点

8．3 研究展望

参考文献

致谢2100433B

《公路隧道脆性岩体岩爆机理与模拟方法研究》通过对张石高速公路二期工程化稍营至蔚县段黑石岭隧道实地调查、岩石声发射Kaiser效应地应力量测、室内岩石力学试验、室内岩爆模拟试验、声发射能量及时频分析、数值模拟等方法，分析了公路隧道脆性岩体在埋深不足250m（国内外发生岩爆的绝大多数地下工程埋深在300m以上）时岩爆发生的机制，并基于有限差分理论及颗粒流理论，以FLAC及PFC程序为实现平台，采用Fish语言编译连续元与离散元计算数据传输交换函数，建立二维平面应变圆形巷道连续-离散耦合分析模型，从宏-细观角度深入开展不同围压条件下圆形巷道围岩变形破坏机理研究。

本书分析了引水隧洞的基本工程地质条件，总结了岩爆特征及其特殊性，研究了岩爆的破坏模式和形成机理，提出了“岩爆爆裂体”的概念，总结了岩爆发生的主控因素，提出了岩爆综合预测法。在研究岩爆洞段围岩稳定性的基础上提出了岩爆洞段的围岩分类方法，总结了岩爆洞段的防护措施及其失效原因。书中翔实的岩爆编录资料、科学的机理研究对岩爆的研究与防治具有非常重要的指导意义。

隧道岩爆研究已经从状态研究到孕育全过程的机制、监测预警与动态调控研究，隧道岩爆监测预警从定性发展到定量、智能化。隧道岩爆孕育机制是指其孕育过程相关的岩体破裂对应力学机制(张拉破裂，剪切破裂或混合破裂)的演化规律。

隧道岩爆机理经历了室内试验、现场观察、数值模拟、地震监测、电镜扫描等一系列的研究过程，科研人员逐步掌握了岩爆发生的孕育过程和发生条件。