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岩爆

/rockburst/
条目作者张奇

张奇

最后更新 2024-12-13
浏览 256
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岩石工程中围岩体的突然破坏,并伴随着岩体中应变能的突然释放过程。是一种岩石破裂过程失稳现象。

英文名称
rockburst
所属学科
力学

当岩体中聚积的高弹性应变能大于岩石被破坏所消耗的能量时,岩体结构的平衡被破坏,多余的能量导致岩石爆裂,使岩石碎片从岩体中剥离、崩出,即发生岩爆,是深埋地下工程施工过程中较为常见的动力破坏现象。

岩爆往往造成开挖工作面的严重破坏、设备损坏和人员伤亡,已成为岩石地下工程和岩石动力学领域的世界性难题。轻微的岩爆仅剥落岩片,无弹射现象。严重的岩爆可产生数级地震。

研究岩爆机理是认识岩爆现象、岩爆防控工作的基础。人们用强度理论、刚度理论、能量理论、断裂损伤理论、失稳理论、冲击倾向理论、分形理论等解释岩爆发生的物理机理。N.G.W.库克认为当矿体-围岩体系在其力学平衡状态遭破坏,所释放出的能量大于所消耗的能量时,即产生岩爆。而岩爆的失稳理论将岩体看作一个变形系统,其内部包含一个低弹性模量的包体,分析矿岩失稳就是分析包体与围岩组成的平衡系统的失稳,岩爆的原因在于矿岩破裂时有多余能量释放。此外,比较典型的岩爆机理还有失稳理论、分形理论和突变理论等。

通过不断探索,人们对岩爆这一物理现象已经具有较为明晰的认识。较为普遍的共识认为岩爆是一种复杂的岩体动力失稳现象,发生岩爆需满足以下三个条件:一是工程区处于高地应力地区,开挖会造成高度的应力集中;二是围岩为抗压强度较高的硬岩,岩体会发生脆性破坏;三是围岩具有较强的储能能力,岩体破坏时能释放多余的能量使临空面的岩体发生弹射等动力破坏现象。这些认识是各类岩爆理论预测方法的基础和依据。

岩爆预测主要包括强度理论判据、能量理论判据、脆性指标判据。

地下洞室开挖后,应力重分布导致岩体内部产生新裂纹,岩体物理力学性质发生变化,通过对这些变化的现场监测和分析可以对岩爆发生的可能性进行预判。现场监测主要有声发射法、微重力法、地质断面成像技术法、钻屑法、电磁箱射法等。

岩爆受多种影响因素控制,人们将非线性科学、专家系统和人工智能技术等相结合,建立了综合考虑多种因素的岩爆预测方法,如模糊数学理论方法、灰色理论方法、人工神经网络方法、距离判别方法、支持向量机方法、可拓学方法、集对分析方法、蚁群聚类方法、判别分析方法、功效系数方法、数据挖掘方法等。在科技界的不断探索下,岩爆理论和预测方法已取得较大进展。

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