深部铁矿岩爆孕育过程及岩爆特征实验研究

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岩爆是深部工程中常见的地质灾害,往往造成人员伤亡和巨大的财产损失。为模拟地下不同开采深度、深部围岩来压速率、开挖卸荷和外界动力扰动等因素诱发岩爆发生,利用大型真三轴岩爆试验仪器分别从不同切向应力和不同加载速率条件下的应变型岩爆、不同轴向主应力下快速卸荷的能量积聚型岩爆和动力扰动因素等角度来揭示岩爆的孕育过程。研究结果表明:1)在切向应力梯度条件对岩爆孕育过程作用较为明显。切向应力的梯度增大岩样轴向峰值应力呈现近似“S型”曲线增大;在母岩上呈现出二元破坏特征,岩样“V型”特征越明显,破坏后碎屑的平均块度呈先快速减小后缓慢减小;切应力的增大加剧了岩样破坏的频度,同时发生岩爆破坏的临界能量点随之增大,岩样岩爆破坏过程释放的能量增大。2)通过试验发现,加载速率对岩爆具有不可忽视的影响。岩样峰值应力呈现近似二次函数式增大,岩样在径向产生的膨胀扩容效应较切向更为明显;在加载速率梯度下,破坏后的母岩岩爆坑深度有所增大,速率的增大能够明显提升岩爆的破坏程度;绝对能量累计曲线均出现激增拐点,岩爆过程所释放的能量在加载速率1~4k N/s阶段呈快速增加,之后保持缓慢增长。3)对于快速卸荷下的能量积聚型岩爆,岩样在瞬态卸荷后表现出岩爆的滞后性,高轴向静应力下岩样所积聚的能量越大,岩爆过程用时越短,破坏程度越大;岩爆破坏阶段所释放出的能量在轴向静应力比为100%时呈现出跨数量级式增长,轴向静应力是影响岩样发生岩爆程度的决定性因素。4)动力扰动下诱发岩爆过程较为复杂,在高静应力下扰动才能触发岩爆的发生,同样条件下施加地震波扰动相比正弦波扰动更易触发岩爆的发生,动力扰动下张拉劈裂作用较为明显;在正弦扰动的轴向静应力比增加3%的情况下,岩样在岩爆阶段所释放的能量成倍增大;地震波扰动下,岩样岩爆阶段所释放的能量整体增加幅值较小。图57幅;表12个;参63篇。
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