巖爆研究現(xiàn)狀淺析

(西藏大學(xué)工學(xué)院 西藏 拉薩 850000)

一、模型實(shí)驗(yàn)

對(duì)巖爆的研究有許多學(xué)者運(yùn)用模型試驗(yàn)的方法，對(duì)巖爆的一些發(fā)生機(jī)理進(jìn)行了研究。蘇國(guó)韶等[2]利用自主研發(fā)的真三軸巖爆試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行了巖爆過(guò)程的聲音信號(hào)特征研究。徐文勝等[3]進(jìn)行了巖爆模擬材料的篩選試驗(yàn)研究，篩選出若干適合作為巖爆模型制作的相似材料。何滿潮等[4]進(jìn)行了本文開展真三軸條件下，動(dòng)態(tài)加載巷道結(jié)構(gòu)巖體誘發(fā)巖爆的模擬試驗(yàn)研究，對(duì)沖擊巖爆試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了研發(fā)及試驗(yàn)。

在巖爆的模型試驗(yàn)中，最常用到的為真三軸巖爆加載系統(tǒng)來(lái)模擬地下高應(yīng)力環(huán)境，裝置中配備了高速影像機(jī)，聲音接收設(shè)備，紅外線成像設(shè)備等，可以對(duì)巖爆的孕育機(jī)制，巖爆的發(fā)生過(guò)程等進(jìn)行研究。在模型試驗(yàn)中，試件的材質(zhì)、大小、形狀對(duì)模型試驗(yàn)起到了至關(guān)重要的作用，對(duì)模型試件的選擇是模型試驗(yàn)的關(guān)鍵。在實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中，巖爆發(fā)生時(shí)，其彈射的碎石是造成人員傷亡，設(shè)備損壞的最主要因素，在模型試驗(yàn)中，通過(guò)高速攝影機(jī)可以研究實(shí)驗(yàn)試件的碎屑量、碎屑彈射速度、彈射軌跡等進(jìn)行研究。巖爆發(fā)生時(shí)常伴有劇烈的爆破聲，發(fā)現(xiàn)前也會(huì)有細(xì)微的爆裂聲，通過(guò)模型試驗(yàn)中聲音信號(hào)監(jiān)測(cè)分析的研究，可以在實(shí)際的巖爆預(yù)防工作得到應(yīng)用。巖爆發(fā)生過(guò)程中伴隨著巖石內(nèi)部應(yīng)力的變化，通過(guò)紅外熱成像技術(shù)對(duì)巖石的應(yīng)力與其溫度場(chǎng)的關(guān)系進(jìn)行研究，為巖爆的預(yù)防及其孕育過(guò)程研究提供了很好的思路。模型試驗(yàn)環(huán)境雖然與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境不同，但在實(shí)驗(yàn)中得到的巖爆發(fā)生與預(yù)防機(jī)制，在實(shí)際工程中都擁有很廣闊的應(yīng)用前景。

二、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

劉建輝等[5]利用電磁輻射監(jiān)測(cè)儀對(duì)電磁輻射法在巖爆監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。陳炳瑞[6]利用聲發(fā)射測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了深埋隧洞 TBM 施工過(guò)程圍巖損傷演化聲發(fā)射試驗(yàn)，運(yùn)用圍巖微破裂識(shí)別算法，得出據(jù)巖石峰值強(qiáng)度前后的力學(xué)特性和聲發(fā)射演化規(guī)律。于群[7]進(jìn)行了深埋隧洞巖爆孕育過(guò)程及預(yù)警方法研究，通過(guò)微震監(jiān)測(cè)技術(shù)將理論分析、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及數(shù)值模擬相結(jié)合，研究高地應(yīng)力、高埋深條件下的巖爆發(fā)生規(guī)律及所對(duì)應(yīng)的微震活動(dòng)規(guī)律。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)不同于模型試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)通過(guò)在實(shí)際工程中的應(yīng)用，檢驗(yàn)方法理論的可靠性?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中許多運(yùn)用了在模型試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)成果，結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用，如利用聲發(fā)射測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了深埋隧洞 TBM 施工過(guò)程圍巖損傷演化聲發(fā)射試驗(yàn)，在模型試驗(yàn)中，現(xiàn)場(chǎng)噪音的干擾是模型實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有的。微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與電磁輻射法進(jìn)行巖爆監(jiān)測(cè)都在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中都得到了有效的應(yīng)用，將實(shí)驗(yàn)成功運(yùn)用到工程實(shí)際中去，是我們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的最終目的。

三、綜合方法

馮夏庭等[8]為研究巖爆孕育過(guò)程的動(dòng)態(tài)調(diào)控的方法，通過(guò)系統(tǒng)的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)綜合對(duì)巖爆過(guò)程進(jìn)行了觀測(cè)。邱道宏等[9]依據(jù)TSP203系統(tǒng)及巖爆判別指標(biāo)和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)地應(yīng)力反演數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了隧洞超前地質(zhì)探測(cè)和地應(yīng)力場(chǎng)反演的巖爆預(yù)測(cè)研究。李永兵[10]在黑石嶺進(jìn)行了公路隧道脆性巖體巖爆機(jī)理與模擬方法研究，通過(guò)對(duì)險(xiǎn)道施工區(qū)域巖樣進(jìn)行單軸壓縮實(shí)驗(yàn)、巴西劈裂實(shí)驗(yàn)及巖爆室內(nèi)模擬試驗(yàn)采集到的聲發(fā)射數(shù)據(jù)，

在實(shí)際工程中，巖爆的實(shí)錄、發(fā)生機(jī)制、超前預(yù)報(bào)及控制技術(shù)往往需要多種方法相結(jié)合，通過(guò)數(shù)值模擬結(jié)合模型試驗(yàn)的理論，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中得以應(yīng)用，得以改良，最終形成成熟的理論體系。在現(xiàn)有工程中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型的運(yùn)用、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，與模型試驗(yàn)有關(guān)理論成果相結(jié)合，形成了巖爆的預(yù)測(cè)與判別系統(tǒng)，為巖爆預(yù)防控制提供了可靠的保障。