卸荷誘發(fā)巷道模型巖爆的發(fā)生機理實驗研究*

劉祥鑫 梁正召 張艷博 姚旭龍 李海洋

LIU Xiangxin① LIANG Zhengzhao② ZHANG Yanbo① YAO Xulong① LI Haiyang①

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卸荷誘發(fā)巷道模型巖爆的發(fā)生機理實驗研究*

劉祥鑫①梁正召②張艷博①姚旭龍①李海洋①

以“巷道-圍巖”系統(tǒng)為研究對象，以水平應力卸荷操作模擬工程現(xiàn)場的巷道周邊礦巖開挖卸荷作用，再現(xiàn)了巷道卸荷巖爆。實驗結(jié)果指出，巷道卸荷巖爆經(jīng)歷了“平靜期→小顆粒彈射→片狀剝離→片狀剝落”的演化過程，在巷道內(nèi)壁產(chǎn)生“巖爆→應力調(diào)整→應力調(diào)整失敗→再次巖爆”的多次巖爆過程，最終形成“V”字型巖爆坑。卸荷條件下，不同水平應力的巷道模型巖爆將產(chǎn)生不同的破壞，形成了不同的破裂面。理論推導得出卸荷前巷道圍巖的應力分布規(guī)律，運用修正Griffith破壞準則，計算了不同水平應力(8.9MPa、13.3MPa、17.8MPa)卸荷后巷道圍巖發(fā)生巖爆破壞的豎向起裂應力，構(gòu)建了巷道邊壁“V”字型巖爆坑的計算模型。研究得出水平應力存在一個影響豎向承載能力的應力點(13.3MPa)，當水平應力小于13.3MPa時，水平應力與豎向起裂應力呈正相關(guān)； 當水平應力大于13.3MPa時，水平應力與豎向起裂應力呈負相關(guān)。對左右邊壁應變能累積區(qū)域的信息進行量化處理，得出相較8.9MPa和17.8MPa，水平應力為13.3MPa的左右邊幫應變能集中區(qū)域的累積能量最大，集中區(qū)域與邊壁的距離最短。

巖石力學 卸荷 巷道模型 巖爆

LIU Xiangxin①LIANG Zhengzhao②ZHANG Yanbo①YAO Xulong①LI Haiyang①

0 引 言

在堅硬、脆性巖體的地下巷道中，對巷道周邊巖體進行開挖操作，將對巷道產(chǎn)生卸荷擾動，導致圍巖應力重分布，繼而出現(xiàn)應力集中。若巖體內(nèi)儲存的彈性應變能突發(fā)性的急劇釋放，產(chǎn)生爆裂松脫、巖屑剝落、巖塊彈射等動力學現(xiàn)象，稱之為巖爆(中國科協(xié)學會學術(shù)部， 2011)。任何破壞的發(fā)生都有一個從量變到質(zhì)變的過程，巖爆的發(fā)生亦如此。由于現(xiàn)場巖體的非均質(zhì)性、各向異性、不可視性，以及巖爆問題的復雜性、發(fā)生的瞬時性、不可逆性，監(jiān)測結(jié)果的失真或誤判時有發(fā)生。

在巖爆機理研究方面，基于非線性理論的混沌理論(譚云亮等， 2002)、突變理論(唐春安， 2002)、損傷理論(劉小明等， 1997)、分形理論(謝和平等， 1993)在巖爆問題中得到了廣泛的應用。巖爆是突然的巖石破壞，是巖石的破碎和從圍巖中突出并伴隨著能量的猛烈釋放(Brady et al.， 1990)。在地下硐室開挖中，高地應力環(huán)境下高儲能脆性巖石通常會通過脆性破裂快速釋放應變能，產(chǎn)生巖爆。即巖爆是伴隨彈性能猛烈釋放的巖體結(jié)構(gòu)劇烈破壞現(xiàn)象，一般發(fā)生在較為完整的十分干燥的脆硬性巖石中。因此，硬巖巖爆的關(guān)鍵在于脆性破壞(陳宗基， 1987； 唐春安等， 1993； 伍法權(quán)等， 2010)。關(guān)于巖爆發(fā)生的本質(zhì)問題，有學者指出就是圍巖得到了高于破壞的能量，使碎屑獲得了動能。如果沒有多余的能量，就是普通的巖石破壞而不是巖爆。而從防治角度出發(fā)，巖爆也可定義為高地應力地區(qū)由于地下工程開挖卸荷引起的圍巖彈射性破裂的現(xiàn)象(Linkov， 1996； 何滿潮等， 2007； 錢七虎， 2014)。巖爆的孕育是從巖體破裂開始，并提出了預測和調(diào)控方案(馮夏庭等， 2012)。針對隧洞圍巖工程地質(zhì)分類問題，有學者將云模型理論應用于此，建立了隧洞分類多級定量指標體系及評價等級標準，判定隧洞圍巖工程地質(zhì)類別。針對一些地質(zhì)條件復雜、巷道圍巖較硬脆等情況，應用屬性識別模型，建立了巖爆發(fā)生預測和烈度分級的屬性識別模型，并且評判結(jié)果與人工神經(jīng)網(wǎng)絡法、距離判別法等的評判結(jié)果一致(文暢平， 2008； 張勇等， 2016)。巖體破裂過程的演變規(guī)律與能量及斷裂的關(guān)系，學者總結(jié)出了固體強度的動能概念及剛度不連續(xù)下的開采微震事件的巖爆預測方法(Mamsurov， 2001)。在室內(nèi)實驗方面，通過開展含洞室?guī)r體的雙軸壓縮狀態(tài)的巖爆實驗，采用模糊數(shù)學方法，總結(jié)出考慮多因素的巖爆預測方法。還有學者通過室內(nèi)實驗以及數(shù)值模擬研究構(gòu)造應力對花崗巖巷道巖爆的影響，從可見光圖像、聲發(fā)射、遠紅外的變化規(guī)律入手，分析三者與巷道巖爆的內(nèi)在聯(lián)系，揭示巷道巖爆的孕育機制(秦乃兵， 2001； 張艷博等， 2014)。

本文通過雙軸加載模擬地下巷道的應力環(huán)境，以水平卸荷操作模擬巷道周圍巖體的開挖工序，分析水平卸荷后巷道圍巖的應力演化特征，得到巖爆在巷道圍巖的顯現(xiàn)規(guī)律。理論求解不同水平應力的巷道圍巖發(fā)生巖爆的豎向起裂應力值，得出巷道邊壁的“V”字型巖爆坑的形成機理。采用Plaxis 3D數(shù)值模擬軟件，模擬了水平卸荷作用下“巷道-圍巖”系統(tǒng)的力學及能量分布規(guī)律，提取應力、應變及應變能集中區(qū)域的信息，并對水平應力與集中區(qū)域的相關(guān)信息展開討論。最后，綜合室內(nèi)試驗、理論推導、數(shù)值模擬3種手段，對卸荷誘發(fā)巷道模型巖爆的發(fā)生機理開展全方位討論。

1 室內(nèi)巷道模型卸荷巖爆試驗

1.1 試樣設計

將花崗巖制成150mm×150mm×150mm尺寸的巖樣，通過磨石機磨平巖樣6個端面，經(jīng)過人工打磨，試樣兩端面高度差不大于0.05mm，端面不平整度誤差不大于0.02mm，正中心鉆直徑為45mm通孔。

1.2 試驗系統(tǒng)

巷道巖爆實驗系統(tǒng)主要由加載系統(tǒng)、觀測系統(tǒng)兩部分組成，試驗系統(tǒng)(圖1)。

圖1 試驗系統(tǒng)

加載系統(tǒng)：RLW-3000雙軸伺服巖石力學試驗系統(tǒng)，該加載系統(tǒng)可對水平以及豎直進行獨立控制。其中豎向最大試驗力3000kN，橫向最大試驗力1000kN，試驗力測量精度±1%。

觀測系統(tǒng)：CCD高速相機、高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)字攝像機3部分組成，構(gòu)成立體觀測系統(tǒng)。

1.3 試驗過程

(1)水平方向首先以600N·s-1速率加載到預定值8.9MPa、13.3MPa、17.8MPa，軸向以1000N·s-1速率加載至花崗巖單軸抗壓強度值的90%(97.8MPa)；

(2)保持當前應力環(huán)境5min；

(3)豎向保持不變，水平方向快速卸載(卸載速率為20mm·min-1)。

(4)若沒有發(fā)生巖爆，水平方向恢復至最初狀態(tài)，豎向增加50kN，重復步驟(3)，直到發(fā)生巖爆(圖2)。

圖2 水平方向卸荷前后巖石破裂形態(tài)

1.4 巷道卸荷巖爆特征

1.4.1 巖爆過程分析

何滿潮等(2007)研究指出，典型的巷道巖爆可劃分為：(1)平靜期； (2)小顆粒彈射； (3)片狀剝離伴； (4)巖爆發(fā)生。由試驗觀察得出，水平方向卸荷后，巷道內(nèi)部也經(jīng)歷了4個過程 (圖3)。

圖3 巖爆孕育、發(fā)生過程

圖4 “V”字型巖爆坑

在地下工程中，已成型的巷道由于周邊巖體的開挖操作，形成卸荷力學效應，造成局部應力集中，產(chǎn)生松弛效應，差異回彈形成殘余應力，形成卸荷巖體(費文平等， 2010)。巖體在卸荷條件下容易產(chǎn)生張開型裂隙，形成劈裂破壞，巖體積蓄的能量因為自由面的存在而更容易產(chǎn)生耗散，有利于巖體進一步發(fā)生張性破裂。

圖5 巖爆后巷道模型破壞情況

圖6 水平應力與聲發(fā)射RA-AF值分布云圖

1.4.2 “V”字型巖爆坑形成

在經(jīng)歷了圖3 的4個階段后，若巷道模型應力調(diào)整失敗，且應變能還未完全耗散，孔洞內(nèi)會再次出現(xiàn)圖3d階段，碎屑持續(xù)在內(nèi)壁左右兩側(cè)剝落，并以一定速度彈射而出。圍巖將經(jīng)歷“巖爆→應力調(diào)整→調(diào)整失敗→再次巖爆”的循環(huán)過程，多次應力調(diào)整將形成多次巖爆。當聚集的能量耗散完后，巖爆停止，最終形成了圖4 所示的“V”字型巖爆坑。

1.4.3 巖爆后的巷道模型整體破壞形態(tài)分析

巖爆是巷道模型內(nèi)壁的局部應力集中所發(fā)生的急劇破壞現(xiàn)象，巖爆的發(fā)生也將造成巷道模型整體失穩(wěn)破壞。8.9MPa， 13.3MPa， 17.8MPa屬于水平應力，水平應力卸載誘發(fā)巷道模型內(nèi)壁均發(fā)生巖爆。但巖爆后導致巷道整體所產(chǎn)生的破裂形態(tài)與劇烈程度與中間主應力不同。

破裂劇烈程度方面，水平應力13.3MPa破壞程度最嚴重，巷道模型變形最大(圖5b內(nèi)巷道模型)，且碎屑最為粉碎； 水平應力為17.8MPa發(fā)生巖爆時也產(chǎn)生了較大的破裂，相較于13.3MPa，碎屑尺寸較大； 水平應力為8.9MPa也形成了明顯的破裂面，巷道模型變形最小。

破裂形態(tài)方面。水平應力為13.3MPa時，剪切破壞最明顯，剪切裂紋最為發(fā)育 (圖6b)，由于剪切應力超過了巖石材料晶體間的滑移、錯位能力，使材料發(fā)生了剪切滑移破壞，造成13.3MPa出現(xiàn)了如圖5b的整體粉碎情況； 水平應力為17.8MPa時(圖5c)，形成了平行于最大主應力方向(豎向)的張拉破裂面，張性裂紋最為發(fā)育 (圖6c)； 水平應力為8.9MPa時)(圖5a)，由于水平應力最小，巖爆后發(fā)生的破壞最弱，形成破裂面的開合程度最小，破裂程度也最弱。

2 巷道模型卸荷巖爆的力學分析

2.1 巷道模型圍巖應力分析

在實際礦山現(xiàn)場，巷道圍巖處于三向應力狀態(tài)，但沿巷道走向的受力及變形一般情況下可不予考慮。為簡化計算，假設巷道產(chǎn)生的變形由橫向以及豎向應力共同作用形成，可簡化為平面應變問題(王嘉新， 1993)(圖7)。以圓形巷道為例，圍巖中的各向應力表示如下：

(1)

式中，p為豎向應力； q為橫向應力； a為巷道半徑； σr為徑向應力；σθ為環(huán)向應力； τrθ為剪切應力； r為A點距巷道中心距離； μ為泊松比。

圖7 巷道簡化模型

在本次試驗中，巷道圍巖發(fā)生巖爆的位置位于巷道兩側(cè)，即左側(cè)θ=180°，右側(cè)θ=0°處，帶入式(1)，可得：

(2)

在巷道左右壁面處，r=a，可得：

(3)

當豎向應力維持在97.8MPa(2200kN)，水平應力維持在8.9MPa或13.3MPa或17.8MPa時，巷道模型保持平衡。當水平應力卸荷，即巷道在水平方向卸荷時，式(3)中的q值迅速降低至0，造成σθ達到最大值3p，巷道左右邊幫處發(fā)生巖爆破壞。

硬脆性圍巖在洞壁平行于最大初始應力σ1，致使左右洞壁壓致張裂，形成板狀劈裂，產(chǎn)生如圖3 的劈裂面。在此階段，劈裂破壞經(jīng)歷了兩個過程(圖8)：(1)裂紋穩(wěn)定擴展階段，此階段發(fā)生在豎向應力呈線性增加階段，進入豎向應力和水平應力保載階段時，裂紋擴展停止； (2)裂紋失穩(wěn)擴展階段，當水平發(fā)生卸荷作用時，裂紋失穩(wěn)擴展，形成板狀劈裂，此階段為巖爆初級破壞階段(譚以安， 1989)。

圖8 巷道左右壁面處卸荷劈裂機制(王明洋等， 2010)

2.2 “V”字型巖爆坑力學模型構(gòu)建及分析

巷道左右壁面處卸荷所產(chǎn)生的劈裂破壞，是巷道卸荷單次巖爆的形成機制。觀察巷道模型演化過程，巷道圍巖經(jīng)歷了多次顆粒彈射及片狀剝落過程，即經(jīng)歷“巖爆→應力調(diào)整→調(diào)整失敗→再次巖爆”的循環(huán)過程，最終在左右邊壁形成“V”型巖爆坑。

卸荷操作后，巷道左右邊壁的“V”型巖塊受力情況(圖9)，水平應力σh急劇下降至零，圖中左邊表示“V”型巖塊所受豎向應力σa，右邊表示將豎向應力σa分解成垂直于“V”型巖塊斜面的正應力分量σP和平行于“V”型巖塊斜面的切應力分量τ。

圖9 “V”字型巖爆坑受力分析

其中求解σP和τ如下所示：

(4)

對“V”字型巖塊進行受力分析可知，“V”字型巖爆坑的形成可分解為如下兩個步驟：

第1，正應力分量σP形成向巷道面的破裂分量，即推動巖塊向自由面運動的分量，從圍巖中拋擲出去?？刹捎脦靵隹辜魪姸葴蕜t進行求解。

即

(5)

第2，切應力分量τ將圍巖剪切，最終形成OAB面積的“V”字型巖爆體。

水平應力的卸荷，造成豎向應力σa逐步遞增，由于破裂的產(chǎn)生，巖石材料產(chǎn)生損傷，使其力學性質(zhì)降低，導致巖石材料的c和φ數(shù)值降低?！癡”字型巖爆坑的形成愈加迅速，在巷道模型縱向的左右邊壁形成了如圖10 所示的連續(xù)巖爆坑。

圖10 孔洞內(nèi)壁巖屑剝落情況

2.3 巷道模型卸荷后圍巖應力集中分析

水平應力卸荷后，巷道模型圍巖的左右兩邊幫出現(xiàn)應力集中，從而在此部位出現(xiàn)巖爆。若能掌握卸荷前后應力集中的規(guī)律，這必然能指導現(xiàn)場巖爆預防及治理工作。計算機數(shù)值模擬作為第3種研究方法，在巖石力學問題中得到了較為廣泛的應用。

假設巷道圍巖的微結(jié)構(gòu)面相對于模擬尺寸為無窮小，且沒有明顯的層理結(jié)構(gòu)，可將圍巖材料看作均質(zhì)、連續(xù)介質(zhì)。采用基于有限元的Plaxis 3D三維數(shù)值模擬軟件，開展水平應力卸荷作用下巷道模型的穩(wěn)定性模擬工作，構(gòu)建圖11 所示的巷道模型，材料力學參數(shù)如表1所示。

圖11 實驗模型

表1 材料力學參數(shù)

Table1 Mechanical parameters employed in simulation

參數(shù)名稱重度/kN·mm-3彈性模量/kN·mm-2泊松比黏聚力/kN·mm-2內(nèi)摩擦角/(°)圍巖2.6360.000.25060

數(shù)值模擬的實驗過程跟室內(nèi)實驗完全一致，具體模擬步驟如下：

第1階段，導入試件模型，如圖9a；

第2階段，巷道模型形成，并對豎向及水平向加載至應力環(huán)境，如圖9b；

第3階段，保持應力環(huán)境50步(5min)；

第4階段，以20mm·min-1速率水平卸荷，當水平應力降為0時，卸荷結(jié)束；

第5階段，若巷道邊壁并未發(fā)生巖爆，水平方向應力恢復至原始狀態(tài)，豎向增加50kN，重復第4階段，直到巖爆發(fā)生。

限于篇幅，針對巷道模型卸荷后圍巖應力分析以水平應力8.9MPa為例。經(jīng)“第1階段→第2階段→第3階段→第4階段”后，巷道圍巖整體應力分布如圖12 所示。

圖12 巷道模型力學分布云圖

如圖12a所示，在巷道左右邊壁出現(xiàn)了拉應力集中區(qū)C，在上下邊壁出現(xiàn)壓應力集中區(qū)P。左右邊壁拉應力集中區(qū)C的最大拉應力數(shù)值為520kN·m-1m2， 上下邊壁壓應力集中區(qū)P的最大壓應力數(shù)值為40kN·m-1m2。C區(qū)域面積也要小于P區(qū)域面積，即C區(qū)域集中度也要大于P區(qū)域，再結(jié)合巖石的拉應力是壓應力的1/10～1/30，造成C區(qū)域比P區(qū)域更易出現(xiàn)破裂。

如圖12b所示，在巷道左右邊壁出現(xiàn)正應變E區(qū)域，表現(xiàn)為伸長類的膨脹效應。在巷道4個角出現(xiàn)負應變S區(qū)域，表現(xiàn)為壓縮類收縮變形。其中左右邊壁的正應變E區(qū)域的最大拉應變數(shù)值達3.5～4，而巷道4個角的S區(qū)域最大壓縮應變?yōu)?，最大拉應變數(shù)>最大壓縮應變。再結(jié)合拉應變將產(chǎn)生膨脹效應，而壓縮應變對應收縮效應，E區(qū)域比S區(qū)域更易出現(xiàn)破裂。

綜合巷道模型邊壁的應力及應變分布可知，在左右邊壁區(qū)域?qū)⒊霈F(xiàn)拉應力C和拉應變集中E區(qū)域。因此，在巷道的左右邊壁將出現(xiàn)拉破壞效果，率先出現(xiàn)巖爆。

3 討 論

3.1 水平應力與巷道巖爆發(fā)生起裂應力關(guān)系

根據(jù)2.1關(guān)于巷道圍巖的應力分析可知，在卸載瞬間，巷道左右壁面處的環(huán)向應力達到最大，此處的張性裂紋開始失穩(wěn)擴展，該處圍巖發(fā)生了劈裂破壞，即為巖爆顯現(xiàn)初始階段發(fā)生的具體位置。

在本實驗中，水平應力卸荷試驗形成巖爆是以劈裂顯現(xiàn)的，是巷道圍巖在雙向受靜水壓后水平方向應力(小主應力)卸荷致拉的結(jié)果。Griffith準則是劈裂破壞的起裂準則，Murrell推廣到二、三維應力空間的修正Griffith準則可表示如下：

(6)

式中，σ1為最大主應力； σ2和σ3為中間及最小主應力； σt為巖石抗拉強度。

圖14 不同水平應力下巷道左右邊幫能量集中情況

圖13 豎向起裂應力與水平應力關(guān)系圖

表2 巖爆發(fā)生的最大主應力對比

Table2 The maximum principal stress of rock burst occurrence

水平應力σ2/MPa式(6)計算最大豎向應力σ1/MPa實驗測得最大豎向應力σ'1/MPa8.983.28013.394.9106.717.888.9100

(1)當水平應力σ2小于13.3MPa時，隨著水平應力σ2的增加，豎向起裂應力也隨之提升。

(2)當水平應力σ2大于13.3MPa時，隨著水平應力σ2的增加，豎向起裂應力反而降低。

3.2 水平應力與巷道圍巖張性應變集中區(qū)域關(guān)系

巖爆發(fā)生與能量的累積量、集中度以及釋放速率有密切關(guān)系，豎向起裂應力的大小與應變能量累積量相關(guān)(蘭天偉等， 2012)。水平應力為13.3MPa時，豎向起裂應力最大，這必然跟應變能的集中區(qū)域有直接關(guān)系。從圖11 巷道模型力學分布云圖可以發(fā)現(xiàn)，張性應變能主要集中區(qū)域分布在左右邊壁(圖14)。

如圖14 所示，水平應力的不同，巷道左右邊幫集中區(qū)域的信息也存在區(qū)別。根據(jù)圓形巷道受力的對稱性，以左邊幫的集中區(qū)域為例，求取區(qū)域的參量(表3)。其中集中區(qū)域面積與水平應力呈正相關(guān)； 區(qū)域平均有效應力則相差不大； 區(qū)域平均應變、區(qū)域能量以及區(qū)域距邊壁距離則出現(xiàn)了圖12 的規(guī)律，即水平應力為13.3MPa時，區(qū)域平均應變和區(qū)域距邊壁距離出現(xiàn)了最低值，而區(qū)域能量卻最大。

表3 左邊幫集中區(qū)域信息統(tǒng)計表

Table3 Statistical table of concentrated area information on left side

水平應力/MPa區(qū)域面積/mm2區(qū)域平均有效應力/MPa區(qū)域平均應變區(qū)域能量/E3*J區(qū)域距邊壁距離/mm8.920.72-290-1.64649.82513.357.57-300-2.26607.37117.8302.40-300-1.648011.886

圖15為不同水平應力下左邊幫集中區(qū)域應變能以及集中區(qū)域距邊壁距離統(tǒng)計圖形，結(jié)合圖13 分析可知，在13.3MPa中，巖爆發(fā)生時的豎向應力起裂應力最大。這勢必造成累積的應變能最多，同時結(jié)合集中區(qū)域與邊壁的距離最小，水平應力13.3MPa發(fā)生的巖爆裂度最大。

圖15 左邊幫集中區(qū)域應變能以及距邊壁距離統(tǒng)計圖

4 結(jié) 論

(1)巷道卸荷巖爆經(jīng)歷了“平靜期→小顆粒彈射→片狀剝離伴→巖爆發(fā)生”的演化過程，在巷道內(nèi)壁產(chǎn)生了“巖爆→應力調(diào)整→應力調(diào)整失敗→再次巖爆”多次巖爆循環(huán)過程，最終形成“V”字型巖爆坑。在水平快速卸荷作用下，巷道圍巖左右邊壁形成一系列平行于洞壁連通性較差的張裂隙，這些張裂隙將洞壁圍巖分割成顆粒狀、板片狀等小塊狀巖屑，巖屑向自由面彈射而出。

(2)水平應力為13.3MPa巖爆發(fā)生后，形成了明顯的剪切滑移破壞。水平應力為17.8MPa卸荷后，巷道模型巖爆后將發(fā)生明顯的張性破壞，形成平行于最大主應力的張性破裂面。水平應力為8.9MPa巖爆發(fā)生后，破裂尺度及破裂裂度最弱。

(3)對水平方向進行卸荷，巷道左右壁面產(chǎn)生平行于卸荷方向的拉應力，拉應力在水平應力卸為零時達到最大。運用修正Griffith破壞準則，計算了不同水平應力(8.9MPa、13.3MPa、17.8MPa)下巷道圍巖發(fā)生巖爆破壞的豎向起裂應力值。

(4)水平應力存在一個影響巖爆起裂的豎向應力點(本研究為13.3MPa)。當水平應力小于13.3MPa，隨水平應力的增加，豎向承載應力隨之提升。當水平應力大于13.3MPa時，水平應力增加，豎向承載應力反而降低。

(5)水平應力為13.3MPa時，巖爆發(fā)生的裂度大于8.9MPa和17.8MPa。原因在于左右邊幫的應變能集中區(qū)域的累積量最大，以及集中區(qū)域與邊壁的距離最短。

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JournalofEngineeringGeology工程地質(zhì)學報 1004-9665/2016/24(5)- 0976- 05

UNLOADING TEST FOR ROCKBURST MECHANISM IN TUNNEL MODEL

With research on“surrounding rock￣roadway” system， the unloading rockburst can be recreated by the operation of horizontal stress unloading. The results indicate that the unloading rockburst has experienced evolution process of from “nonchalant stage to small particles ejection stage to flake off stage and to rockburst”.The tunnel model produces a number of the process from rockburst to stress adjust then to stress adjust failure and to another rockburst. At the end it forms “V”shape rockburst hole. In the condition of unloading， it exists some relationship between horizontal stress and fracture model. The unloading operation of tunnel model of distribution stress can be obtained from theoretical derivation. Vertical crack stress in different horizontal stresses(8.9MPa， 13.3MPa， 17.8MPa) is taken by modified Griffith failure criteria. The calculation model of “V”shape is established. At the stress point(13.3MPa) when the horizontal stress is under 13.3MPa， the relationship between horizontal stress and vertical crack stress has a positive correlation. When the horizontal stress is above 13.3MPa， the relationship between the horizontal stress and the vertical crack stress is a negative correlation. When the horizontal stress is at 13.3MPa， the strain energy concentrated area is the largest， and distance between this area and side wall is the minimum．

Rock mechanics， Unloading， Tunnel model， Rockburst

10.13544/j.cnki.jeg.2016.05.028

2016-05-30;

2016-07-26.

國家重大基礎研究發(fā)展計劃(973)項目(2014CB047100), 國家自然科學基金項目(51374088， 51574102, 51604117), 河北省鋼鐵聯(lián)合基金項目(E2016209357)資助.

劉祥鑫(1987-)，男，碩士，講師，主要從事礦山巖石力學的教學與研究工作. Email: liuxiangxin9@163.com

簡介： 梁正召(1977-)，男，博士，教授，博士生導師，主要從事隧洞破裂失穩(wěn)的研究工作. Email: LiangZZ@dlut.edu.cn

TD353

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