[发明专利]模拟开挖卸荷作用导致巷道发生应变型岩爆的实现方法

说明书

技术领域

本发明属于地质模拟实验领域，具体涉及一种模拟开挖卸荷作用导致巷道发生应变型岩爆的实现方法。

背景技术

地下岩体发生应变型岩爆的根本原因是由于应变能积累到一定程度，此时岩体所受的载荷已超过其单轴抗压强度，在外界一个扰动作用下出现剧烈破坏的一种破坏现象，开挖卸荷作用导致巷道发生应变型岩爆即是如此。由于应变型岩爆发生的剧烈性、瞬时性，对生命财产安全的破坏性，对于该问题的研究是十分重要的。发明一种能较好地实现巷道开挖卸荷作用产生应变型岩爆的模拟方法，无疑为分析此类问题提供了相对便捷的研究方法。

由于应变型岩爆发生的剧烈性、瞬时性，在室内实现开挖卸荷巷道发生应变型岩爆十分困难。纠其原因，主要有三个方面：

其一，巷道的开挖过程在室内很难实现。现场对原岩进行开挖，而此过程在室内根本无法实现。如何选择一种恰到好处的方式实现该过程，是在室内实现开挖卸荷作用下巷道发生应变型岩爆的关键问题之一。

其二，选择何种受力方式，能将现场巷道的受力环境尽可能的还原，这是在室内实现开挖卸荷作用下巷道发生应变型岩爆的关键问题之二。

其三，在室内实现巷道的开挖卸荷后，如何界定应变型岩爆的发生过程，这是在室内实现开挖卸荷作用下巷道发生应变型岩爆的关键问题之三。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种模拟开挖卸荷作用导致巷道发生应变型岩爆的实现方法，对开挖卸荷作用巷道发生应变型岩爆的发生机理展开研究，不仅有利于揭示卸荷岩爆的规律，而且可以进一步发挥室内实验指导现场工程岩体的作用，提高室内实验手段尽可能地反映现场工程问题的还原度。

为解决以上问题，本发明采用的技术方案如下，一种模拟开挖卸荷作用导致巷道发生应变型岩爆的实现方法，包括以下步骤：

S1试件制备：选取巷道施工中的岩石，预制成规则体形状的岩样，在观测面的正反面的中心部位钻出圆通孔模拟巷道；

S2孔洞内充填混凝柱：控制灰砂比，加入絮凝剂，通过测试混凝柱的抗压强度、抗拉强度、泊松比、弹性模量的力学参数，使得混凝柱的力学性质和巷道围岩参数误差控制在10％以下，然后将混凝土搅拌均匀后填入通孔中；

S3控制方式选择：选择双轴控制方式，其中轴向载荷模拟自重应力，水平载荷模拟构造应力；

S4边界条件设置：将水平和轴向设置为应力边界条件，通过控制水平及轴向载荷大小模拟现场不同的地应力，选择等力加载将水平和轴向加载至定值；

S5巷道开挖卸荷操作：第一，针对于满足一次成巷道要求的巷道，一次性将中间混凝柱捅出，模拟现场的一次性成巷；第二，针对需要多次循环作业形成巷道，模拟现场的分次成巷，分阶段将混凝柱捅出。

作为优选，还包括以下步骤：

S6应变型岩爆判定：在巷道开挖完成后，巷道边壁经历了平静期、颗粒弹射、片状剥落现象，即可认为发生了应变型岩。

作为优选，S1所述的规则体形状的岩样为正方体或者长方体。

作为优选，S1所述的圆通孔模拟巷道的直径的数值不能超过岩样最短边长的1/3到1/5。

本发明的有益效果如下：本发明提供了一种模拟开挖卸荷作用导致巷道发生应变型岩爆的实现方法，可充分考虑现场中不同的自重应力场和构造应力场联合作用背景下，在岩体中进行巷道掘进过程中发生应变型岩爆的过程。并且联合其他监测手段，采集岩爆的孕育、发生及岩爆后的破裂过程的各类物性变化参数，可靠性强。

附图说明

图1为试件制备图的正面示意图；

图2为试件制备图的侧面示意图；

图3为中心通孔充填后的正面示意图；

图4为中心通孔充填后的右面示意图；

图5为中心通孔充填后的左面示意图；

图6为中心通孔充填后的后面示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明做进一步详细说明。

本发明是通过以下技术方案实现的：

1)试件制备：首先选取巷道施工中常见的岩石，预制正方体或者长方体岩样，在观测面的正反面的中心部位钻一定半径的圆通孔模拟巷道，其中，直径的数值不能超过试件最短边长的1/3～1/5，如图1和图2所示。

2)孔洞内充填混凝柱：通过控制灰砂比，加入絮凝剂，养护完成后，测试其力学参数和围岩岩性力学参数相似(主要对比与能量累积关系较大的峰值强度和弹性模量)，将混凝柱填入通孔中，如图3和图6所示。