深部蛇紋巖巖爆傾向?qū)嶒炑芯?/h1>
2017-10-13 01:28:23汪為巍
武漢輕工大學(xué)學(xué)報 2017年3期
汪為巍,易 遠
(武漢輕工大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院,湖北 武漢430023)
深部蛇紋巖巖爆傾向?qū)嶒炑芯?/p>
汪為巍,易 遠
(武漢輕工大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院,湖北 武漢430023)
為使某礦區(qū)開采順利進行，提前預(yù)防巖爆災(zāi)害的發(fā)生優(yōu)顯重要與關(guān)鍵，因此對該礦區(qū)深部蛇紋巖進行了單軸抗拉試驗、抗壓試驗和加卸載試驗，并在此基礎(chǔ)上進行巖爆傾向性研究。在對巖石脆性分析的基礎(chǔ)上，以巖石的脆性系數(shù)作為巖爆傾向性的衡量標準，分析了蛇紋巖的巖爆傾向性。試驗結(jié)果表明，該礦區(qū)蛇紋巖脆性系數(shù)K>5,具有嚴重的巖爆傾向；此外還采用了沖擊性能指標WCF作為判別依據(jù)，發(fā)現(xiàn)WCF>3，驗證了該礦區(qū)蛇紋巖具有嚴重的巖爆傾向。最后提出多種防治巖爆發(fā)生的措施建議，為類似的礦區(qū)進行安全開采和工程建設(shè)提供一定的指導(dǎo)和借鑒，巖爆的傾向性研究也為工程安全施工和結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化提供信息。
蛇紋巖；巖爆傾向性；巖爆；巖石的脆性系數(shù)；沖擊性能指標
Abstract：In order to make a mining smoothly,preventing the occurrence of rockburst in advance is very important and critical,so a series of tensile test,compression test and processing uninstall experiment was conducted.And the study on rockburst proneness was done on this basis.According to analysis of rock brittleness, the rock brittleness index was used as the yardstick of rockburst proneness to analyze the rockburst proneness in the mine.The test results show that the brittleness coefficients K are more than 5,the rock has strong rockburst proneness;The impact performance indicator WCFis also used as the yardstick and the results are more than 3,which validates the serpentine in the mining area has a serious rockburst proneness.Finally, a variety of measures to prevent rock burst were proposed,which provides reference and guides mine safety production and engineering construction in other similar mining areas.The study of rockburst proneness provides information for safe construction and optimizing design of construction.
Key words：Serpentine; rockburst proneness; rockburst; the rock brittleness indexes;the impact performance indicator
1 引言
巖爆又稱沖擊地壓、礦震，是采礦、隧道及水電等部門的開挖活動誘發(fā)的地震[1]。在煤礦、金屬礦和各類隧道中均有發(fā)生。僅以煤礦為例，據(jù)1993年不完全統(tǒng)計，我國已有65對礦井發(fā)生此災(zāi)害[2]。隨近年來我國礦井采深的增加此類災(zāi)害日益增加，因此對于巖爆預(yù)測的研究日益重要[3]。
某礦山銅礦床是國內(nèi)大型的深部銅礦床，是國家十五重點建設(shè)項目。同時該銅礦也是巖爆問題比較突出的礦井。該銅礦床的底盤是蛇紋巖，直接涉及到采場底部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，因此對其力學(xué)性質(zhì)測定和巖爆傾向性研究十分重要。
巖體的巖爆傾向性和極限應(yīng)力狀態(tài)是巖爆發(fā)生的兩個基本條件。只有具備巖爆傾向性的巖體才會在極限應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生巖爆，為了進行巖爆的預(yù)測研究，首先必須研究巖體的巖爆傾向性。由于巖爆一般發(fā)生在堅硬的完整性較好的巖體中，所以巖爆傾向性一般用巖石的力學(xué)試驗進行測定，筆者在對巖石脆性分析的基礎(chǔ)上，利用巖石的單軸抗拉和抗壓強度，峰前峰后應(yīng)變值來計算巖石的脆性系數(shù)，認為該系數(shù)是衡量巖爆傾向性的一種尺度[4]，從巖石脆性的角度建立巖爆發(fā)生的巖性判別條件，對蛇紋巖的巖爆傾向性進行分析。
2 巖石脆性及脆性系數(shù)
巖爆作為一種工程災(zāi)害一直是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點和研究的熱門課題，而工程施工的復(fù)雜性決定了巖爆是由各種影響因素共同作用所導(dǎo)致的。巖爆現(xiàn)象是因為圍巖應(yīng)力分布不均從而使得圍巖結(jié)構(gòu)通過變形運動將其彈性貯能轉(zhuǎn)化為動能的非線性動力失穩(wěn)過程[5]。將巖石看作一個處于平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，其內(nèi)部所能蘊含的能量必然有一個確定的上限值，也就是說，要破壞這個系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)，額外功是必須的。當(dāng)一個處于非穩(wěn)定平衡的巖體受到擾動，該系統(tǒng)將會釋放能量，而這部分能量就是巖爆現(xiàn)象中的動能。在巖爆破壞過程中，巖體脆性破壞和圍巖結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)破壞是最常見的現(xiàn)象，從這個層面上講，可以認為巖爆與巖石的脆性破裂有關(guān)。
所謂脆性破裂，是指無任何破裂征兆的破裂形態(tài)。事實上，巖石破裂并不是純彈性的破裂，因此脆性破裂是指那種伴隨有很小的非彈性應(yīng)變的破裂。在某些情況下，那些即使伴隨有百分之幾的非彈性應(yīng)變的破裂，仍被視為脆性破裂，例如Heard(1987)認為只要破裂前應(yīng)變不超過3%的破裂都可視為脆性破裂。此外，Singh[6]認為，巖石的脆性破壞是巖爆發(fā)生的必要條件之一，并提出可由兩個不同公式確定巖石的脆性，即：
K1=(σc-σt)/(σc+σt).
(1)
K2=sinf.
(2)
式中K1,K2為脆性指標，f為巖石的內(nèi)摩擦角，σc,σt分別為巖石的單軸抗壓強度和抗拉強度。根據(jù)MohrCoulomb條件：
σ1=σc+σ3[(1+ sinf)/(1-sinf)].
(3)
其中K1,K2并不相互獨立。另外，巖石的脆性還表現(xiàn)在單軸壓縮條件下峰值前后應(yīng)變差別上，巖石的脆性越明顯，峰值后區(qū)的變形越小，也就是峰值前后應(yīng)變(εf,εb)的比值越大，因此，可用峰值前后的應(yīng)變之比來描述巖石的脆性，稱之為脆性比:
Kε=εf/εb.
(4)
但在實踐中，若單獨使用式(1)或Kε來計算巖石脆性系數(shù)不能很好地反映巖石的脆性。故采用下式巖石的脆性系數(shù):
(5)
式中K為巖石的脆性系數(shù)，α為調(diào)節(jié)參數(shù)，一般取0.1，目的是使K的數(shù)量級與其他指標相當(dāng)，K值越大，表示巖石越脆。
3 實驗過程
3.1 試驗裝置
本次試驗全部在中南大學(xué)測試中心的INSTRON1342電液伺服控制材料試驗機上完成。INSTRON1342型經(jīng)過改造后可以完全由數(shù)字控制，可以得到完整、光滑的P—V曲線，在巖石等脆性材料力學(xué)性能的研究方面與普通試驗機相比有著巨大的優(yōu)越性。試驗裝置如圖1所示。
圖1 INSTRON 1342型電液伺服控制試驗系統(tǒng)
3.2 試件來源和加工
本次試驗從某銅礦760 m水平取回不規(guī)則巖塊，鉆取巖心，經(jīng)高精度切割、磨平，加工出抗壓和抗拉試件，如圖2所示，試樣規(guī)格如表1所示。
表1 加工后的試樣規(guī)格
試件編號試件直徑/mm試件高度/mm10336．3378．7310735．9276．5511135．8978．9411236．7277．1921137．4436．2021236．8339．4921337．3135．2621437．2137．97
圖2 加工好的巖石試樣
3.3 實驗方法和實驗結(jié)果
長試件高徑比大于2∶1，做單軸抗壓實驗，得到完整的P—V曲線。短試件高徑比接近1∶1，采用劈裂法測定巖石單軸抗拉強度。
試驗嚴格按照以上設(shè)計方案和控制過程進行，以下是對試驗結(jié)果進行數(shù)據(jù)整理和分析，如表2、表3所示。
表2 抗拉強度試驗結(jié)果
試件編號Pmax/knΣt/Mpa21117．218．0921229．8513．0721324．7611．9821419．768．90平均值22．89510．51
壓縮試件破壞后的照片如圖3所示，縱向應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖4所示。抗壓強度試驗結(jié)果見表3。
圖3 單軸壓縮試件破壞形態(tài)
圖4 縱向應(yīng)力應(yīng)變曲線
表3 抗壓強度試驗結(jié)果
試件編號Pmax/knΣc/MpaE/Gpaμ103122．36118．0415．300．2110756．0955．3511．320．25111127．09125．6216．19112159．52150．6316．010．20
由于107試件屬于局部破壞，因此不取其數(shù)據(jù)作為抗壓參考強度，由103、111、112測定的抗壓強度、彈性模量求平均值得：
σc= 131.43MPa.
E= 15.83GPa.
由103、107、112測得的泊桑比求平均值得：
μ= 0.22.
根據(jù)式：
c=(σc×σt)1/2/2.
tanФ=(σc-σt)/[2(σc×σt)1/2][7].
利用平均抗壓、抗拉強度計算，求得：粘結(jié)力c=18.58 Mpa；內(nèi)摩擦角f=58.4.
εf/εb=6.3.
因此由式(1)，(2)，(4)可以得到：
K1=0.8519.
K2=0.8517.
K=7.878.
由于K>5,因此蛇紋巖有著嚴重的巖爆傾向。
4 沖擊性能指標
目前國內(nèi)使用最為廣泛的巖爆傾向性判別方法是沖擊傾向性判據(jù)，而沖擊性能指標便是其中一種判別指標[8]。計算公式如式(5)所示：
WCF=A1/A2.
(5)
其中A1，A2分別為巖石的全應(yīng)力應(yīng)變曲線的峰值前區(qū)下面的面積與峰值后區(qū)下面的面積。
對于計算式可以從能量做功的角度進行理解。峰值前區(qū)的面積可以認為巖石在進行能量儲存，而應(yīng)變曲線峰值后區(qū)的面積則可以理解為巖石消耗能量的過程[9]。如果后區(qū)面積太小，則會導(dǎo)致巖石內(nèi)部所貯存的大量能量沒有被消耗掉，那么這部分變形能將會隨著卸載過程而轉(zhuǎn)變?yōu)閹r石的動能，從而引發(fā)巖爆。同理，如果前區(qū)面積太大，也有可能發(fā)生巖爆，因此將應(yīng)變曲線的峰值前區(qū)面積與后區(qū)面積的比值(即兩者的相對大小)作為巖爆傾向性的一種判斷指標是有其合理性的。
綜上所述，WCF越大，巖爆發(fā)生的可能性越大，眾多學(xué)者經(jīng)過實踐經(jīng)驗總結(jié)出沖擊性能指標的判別標準：
WCF>3.0 有嚴重巖爆傾向性;
2.0WCF<2.0 無巖爆傾向性。
根據(jù)(5)式計算得：
所有試樣WCF>3，也說明了該礦山蛇紋巖有嚴重的巖爆傾向。
5 結(jié)論與建議
從巖石本身物理力學(xué)性質(zhì)來看，巖爆現(xiàn)象必然存在著巖石的脆性破壞，因此，用巖石的脆性系數(shù)來衡量巖爆傾向性具有其合理性。根據(jù)巖石脆性系數(shù)和沖擊性能指標判別出某礦山蛇紋巖具有嚴重的巖爆傾向性，應(yīng)提前做好預(yù)防措施。發(fā)生巖爆一般需要具備高應(yīng)力和卸載兩個特征，如果應(yīng)力不高，不可能發(fā)生巖爆，而卸載就是能量轉(zhuǎn)化的過程，將變形能轉(zhuǎn)化為動能，沒有這個過程，巖爆也不會發(fā)生。因此根據(jù)這個原理提出以下預(yù)防措施：
(1)利用開卸載槽來改變應(yīng)力的分布，防止圍巖產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。
(2)開挖時對關(guān)鍵位置進行支護，從而防止顆粒狀和片狀巖石發(fā)生彈射。
(3)開挖后應(yīng)及時對空區(qū)進行填充，減少能量轉(zhuǎn)化的空間，減少巖爆的發(fā)生。
[1] 齊慶新, 陳尚本, 王懷新,等. 沖擊地壓、巖爆、礦震的關(guān)系及其數(shù)值模擬研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報, 2003, 22(11):1852-1858.
[2] 梁政國，張萬斌.瞰我國十年來沖擊地壓的研究[J].阜新礦業(yè)學(xué)院學(xué)報，1990(9):27-29.
[3] 潘一山，章夢濤,王來貴.地下硐室?guī)r爆的相似材料模擬實驗研究[J].巖土工程學(xué)報，1997(6):49-56.
[4] 馮濤, 謝學(xué)斌, 王文星,等. 巖石脆性及描述巖爆傾向的脆性系數(shù)[J]. 礦冶工程, 2000, 20(4):18-19.
[5] 馮濤 巖爆機理與防治理論及應(yīng)用研究(博士論文)[D].長沙:中南工業(yè)大學(xué)，1999.
[6] 盧廷浩. 高等土力學(xué)[M]. 北京：機械工業(yè)出版社, 2006.
[7] 靳曉光, 王艷, 林志,等. 西藏扎墨公路嘎隆拉隧道巖爆傾向性實驗研究[J]. 山地學(xué)報, 2013, 31(1):114-119.
[8] 魏錦平, 邵軒, 牛國良,等. 泥巖分層的脆性對底板比壓的影響特征研究[J]. 西安科技大學(xué)學(xué)報, 2013, 33(6):656-661.
[9] 柴文革, 高全臣, 李文利,等. 巖石材料峰后失穩(wěn)破壞研究[J]. 路基工程, 2007, 2007(4):14-16.
Testing study on rockburst proneness of serpentine under a deep mine
WANGWei-wei,YIYuan
(School of Civil Engineering and Architecture,Wuhan Polytechnic University,Wuhan 430023,China)
2017-05-08.
汪為巍(1981-)，男，博士，E-mail:1464427693@qq.com.
易遠(1994-)，男，碩士研究生，E-mail: 514211814@qq.com.
國家自然科學(xué)基金(11602183).
2095-7386(2017)03-0055-04
10.3969/j.issn.2095-7386.2017.03.011
TD 313
A
汪為巍,易 遠
(武漢輕工大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院,湖北 武漢430023)
深部蛇紋巖巖爆傾向?qū)嶒炑芯?/p>
汪為巍,易 遠
(武漢輕工大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院,湖北 武漢430023)
為使某礦區(qū)開采順利進行，提前預(yù)防巖爆災(zāi)害的發(fā)生優(yōu)顯重要與關(guān)鍵，因此對該礦區(qū)深部蛇紋巖進行了單軸抗拉試驗、抗壓試驗和加卸載試驗，并在此基礎(chǔ)上進行巖爆傾向性研究。在對巖石脆性分析的基礎(chǔ)上，以巖石的脆性系數(shù)作為巖爆傾向性的衡量標準，分析了蛇紋巖的巖爆傾向性。試驗結(jié)果表明，該礦區(qū)蛇紋巖脆性系數(shù)K>5,具有嚴重的巖爆傾向；此外還采用了沖擊性能指標WCF作為判別依據(jù)，發(fā)現(xiàn)WCF>3，驗證了該礦區(qū)蛇紋巖具有嚴重的巖爆傾向。最后提出多種防治巖爆發(fā)生的措施建議，為類似的礦區(qū)進行安全開采和工程建設(shè)提供一定的指導(dǎo)和借鑒，巖爆的傾向性研究也為工程安全施工和結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化提供信息。
蛇紋巖；巖爆傾向性；巖爆；巖石的脆性系數(shù)；沖擊性能指標
Abstract：In order to make a mining smoothly,preventing the occurrence of rockburst in advance is very important and critical,so a series of tensile test,compression test and processing uninstall experiment was conducted.And the study on rockburst proneness was done on this basis.According to analysis of rock brittleness, the rock brittleness index was used as the yardstick of rockburst proneness to analyze the rockburst proneness in the mine.The test results show that the brittleness coefficients K are more than 5,the rock has strong rockburst proneness;The impact performance indicator WCFis also used as the yardstick and the results are more than 3,which validates the serpentine in the mining area has a serious rockburst proneness.Finally, a variety of measures to prevent rock burst were proposed,which provides reference and guides mine safety production and engineering construction in other similar mining areas.The study of rockburst proneness provides information for safe construction and optimizing design of construction.
Key words：Serpentine; rockburst proneness; rockburst; the rock brittleness indexes;the impact performance indicator
1 引言
巖爆又稱沖擊地壓、礦震，是采礦、隧道及水電等部門的開挖活動誘發(fā)的地震[1]。在煤礦、金屬礦和各類隧道中均有發(fā)生。僅以煤礦為例，據(jù)1993年不完全統(tǒng)計，我國已有65對礦井發(fā)生此災(zāi)害[2]。隨近年來我國礦井采深的增加此類災(zāi)害日益增加，因此對于巖爆預(yù)測的研究日益重要[3]。
某礦山銅礦床是國內(nèi)大型的深部銅礦床，是國家十五重點建設(shè)項目。同時該銅礦也是巖爆問題比較突出的礦井。該銅礦床的底盤是蛇紋巖，直接涉及到采場底部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，因此對其力學(xué)性質(zhì)測定和巖爆傾向性研究十分重要。
巖體的巖爆傾向性和極限應(yīng)力狀態(tài)是巖爆發(fā)生的兩個基本條件。只有具備巖爆傾向性的巖體才會在極限應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生巖爆，為了進行巖爆的預(yù)測研究，首先必須研究巖體的巖爆傾向性。由于巖爆一般發(fā)生在堅硬的完整性較好的巖體中，所以巖爆傾向性一般用巖石的力學(xué)試驗進行測定，筆者在對巖石脆性分析的基礎(chǔ)上，利用巖石的單軸抗拉和抗壓強度，峰前峰后應(yīng)變值來計算巖石的脆性系數(shù)，認為該系數(shù)是衡量巖爆傾向性的一種尺度[4]，從巖石脆性的角度建立巖爆發(fā)生的巖性判別條件，對蛇紋巖的巖爆傾向性進行分析。
2 巖石脆性及脆性系數(shù)
巖爆作為一種工程災(zāi)害一直是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點和研究的熱門課題，而工程施工的復(fù)雜性決定了巖爆是由各種影響因素共同作用所導(dǎo)致的。巖爆現(xiàn)象是因為圍巖應(yīng)力分布不均從而使得圍巖結(jié)構(gòu)通過變形運動將其彈性貯能轉(zhuǎn)化為動能的非線性動力失穩(wěn)過程[5]。將巖石看作一個處于平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，其內(nèi)部所能蘊含的能量必然有一個確定的上限值，也就是說，要破壞這個系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)，額外功是必須的。當(dāng)一個處于非穩(wěn)定平衡的巖體受到擾動，該系統(tǒng)將會釋放能量，而這部分能量就是巖爆現(xiàn)象中的動能。在巖爆破壞過程中，巖體脆性破壞和圍巖結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)破壞是最常見的現(xiàn)象，從這個層面上講，可以認為巖爆與巖石的脆性破裂有關(guān)。
所謂脆性破裂，是指無任何破裂征兆的破裂形態(tài)。事實上，巖石破裂并不是純彈性的破裂，因此脆性破裂是指那種伴隨有很小的非彈性應(yīng)變的破裂。在某些情況下，那些即使伴隨有百分之幾的非彈性應(yīng)變的破裂，仍被視為脆性破裂，例如Heard(1987)認為只要破裂前應(yīng)變不超過3%的破裂都可視為脆性破裂。此外，Singh[6]認為，巖石的脆性破壞是巖爆發(fā)生的必要條件之一，并提出可由兩個不同公式確定巖石的脆性，即：
K1=(σc-σt)/(σc+σt).
(1)
K2=sinf.
(2)
式中K1,K2為脆性指標，f為巖石的內(nèi)摩擦角，σc,σt分別為巖石的單軸抗壓強度和抗拉強度。根據(jù)MohrCoulomb條件：
σ1=σc+σ3[(1+ sinf)/(1-sinf)].
(3)
其中K1,K2并不相互獨立。另外，巖石的脆性還表現(xiàn)在單軸壓縮條件下峰值前后應(yīng)變差別上，巖石的脆性越明顯，峰值后區(qū)的變形越小，也就是峰值前后應(yīng)變(εf,εb)的比值越大，因此，可用峰值前后的應(yīng)變之比來描述巖石的脆性，稱之為脆性比:
Kε=εf/εb.
(4)
但在實踐中，若單獨使用式(1)或Kε來計算巖石脆性系數(shù)不能很好地反映巖石的脆性。故采用下式巖石的脆性系數(shù):
(5)
式中K為巖石的脆性系數(shù)，α為調(diào)節(jié)參數(shù)，一般取0.1，目的是使K的數(shù)量級與其他指標相當(dāng)，K值越大，表示巖石越脆。
3 實驗過程
3.1 試驗裝置
本次試驗全部在中南大學(xué)測試中心的INSTRON1342電液伺服控制材料試驗機上完成。INSTRON1342型經(jīng)過改造后可以完全由數(shù)字控制，可以得到完整、光滑的P—V曲線，在巖石等脆性材料力學(xué)性能的研究方面與普通試驗機相比有著巨大的優(yōu)越性。試驗裝置如圖1所示。
圖1 INSTRON 1342型電液伺服控制試驗系統(tǒng)
3.2 試件來源和加工
本次試驗從某銅礦760 m水平取回不規(guī)則巖塊，鉆取巖心，經(jīng)高精度切割、磨平，加工出抗壓和抗拉試件，如圖2所示，試樣規(guī)格如表1所示。
表1 加工后的試樣規(guī)格
試件編號試件直徑/mm試件高度/mm10336．3378．7310735．9276．5511135．8978．9411236．7277．1921137．4436．2021236．8339．4921337．3135．2621437．2137．97
圖2 加工好的巖石試樣
3.3 實驗方法和實驗結(jié)果
長試件高徑比大于2∶1，做單軸抗壓實驗，得到完整的P—V曲線。短試件高徑比接近1∶1，采用劈裂法測定巖石單軸抗拉強度。
試驗嚴格按照以上設(shè)計方案和控制過程進行，以下是對試驗結(jié)果進行數(shù)據(jù)整理和分析，如表2、表3所示。
表2 抗拉強度試驗結(jié)果
試件編號Pmax/knΣt/Mpa21117．218．0921229．8513．0721324．7611．9821419．768．90平均值22．89510．51
壓縮試件破壞后的照片如圖3所示，縱向應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖4所示。抗壓強度試驗結(jié)果見表3。
圖3 單軸壓縮試件破壞形態(tài)
圖4 縱向應(yīng)力應(yīng)變曲線
表3 抗壓強度試驗結(jié)果
試件編號Pmax/knΣc/MpaE/Gpaμ103122．36118．0415．300．2110756．0955．3511．320．25111127．09125．6216．19112159．52150．6316．010．20
由于107試件屬于局部破壞，因此不取其數(shù)據(jù)作為抗壓參考強度，由103、111、112測定的抗壓強度、彈性模量求平均值得：
σc= 131.43MPa.
E= 15.83GPa.
由103、107、112測得的泊桑比求平均值得：
μ= 0.22.
根據(jù)式：
c=(σc×σt)1/2/2.
tanФ=(σc-σt)/[2(σc×σt)1/2][7].
利用平均抗壓、抗拉強度計算，求得：粘結(jié)力c=18.58 Mpa；內(nèi)摩擦角f=58.4.
εf/εb=6.3.
因此由式(1)，(2)，(4)可以得到：
K1=0.8519.
K2=0.8517.
K=7.878.
由于K>5,因此蛇紋巖有著嚴重的巖爆傾向。
4 沖擊性能指標
目前國內(nèi)使用最為廣泛的巖爆傾向性判別方法是沖擊傾向性判據(jù)，而沖擊性能指標便是其中一種判別指標[8]。計算公式如式(5)所示：
WCF=A1/A2.
(5)
其中A1，A2分別為巖石的全應(yīng)力應(yīng)變曲線的峰值前區(qū)下面的面積與峰值后區(qū)下面的面積。
對于計算式可以從能量做功的角度進行理解。峰值前區(qū)的面積可以認為巖石在進行能量儲存，而應(yīng)變曲線峰值后區(qū)的面積則可以理解為巖石消耗能量的過程[9]。如果后區(qū)面積太小，則會導(dǎo)致巖石內(nèi)部所貯存的大量能量沒有被消耗掉，那么這部分變形能將會隨著卸載過程而轉(zhuǎn)變?yōu)閹r石的動能，從而引發(fā)巖爆。同理，如果前區(qū)面積太大，也有可能發(fā)生巖爆，因此將應(yīng)變曲線的峰值前區(qū)面積與后區(qū)面積的比值(即兩者的相對大小)作為巖爆傾向性的一種判斷指標是有其合理性的。
綜上所述，WCF越大，巖爆發(fā)生的可能性越大，眾多學(xué)者經(jīng)過實踐經(jīng)驗總結(jié)出沖擊性能指標的判別標準：
WCF>3.0 有嚴重巖爆傾向性;
2.0 WCF<2.0 無巖爆傾向性。 根據(jù)(5)式計算得： 所有試樣WCF>3，也說明了該礦山蛇紋巖有嚴重的巖爆傾向。 從巖石本身物理力學(xué)性質(zhì)來看，巖爆現(xiàn)象必然存在著巖石的脆性破壞，因此，用巖石的脆性系數(shù)來衡量巖爆傾向性具有其合理性。根據(jù)巖石脆性系數(shù)和沖擊性能指標判別出某礦山蛇紋巖具有嚴重的巖爆傾向性，應(yīng)提前做好預(yù)防措施。發(fā)生巖爆一般需要具備高應(yīng)力和卸載兩個特征，如果應(yīng)力不高，不可能發(fā)生巖爆，而卸載就是能量轉(zhuǎn)化的過程，將變形能轉(zhuǎn)化為動能，沒有這個過程，巖爆也不會發(fā)生。因此根據(jù)這個原理提出以下預(yù)防措施： (1)利用開卸載槽來改變應(yīng)力的分布，防止圍巖產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。 (2)開挖時對關(guān)鍵位置進行支護，從而防止顆粒狀和片狀巖石發(fā)生彈射。 (3)開挖后應(yīng)及時對空區(qū)進行填充，減少能量轉(zhuǎn)化的空間，減少巖爆的發(fā)生。 [1] 齊慶新, 陳尚本, 王懷新,等. 沖擊地壓、巖爆、礦震的關(guān)系及其數(shù)值模擬研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報, 2003, 22(11):1852-1858. [2] 梁政國，張萬斌.瞰我國十年來沖擊地壓的研究[J].阜新礦業(yè)學(xué)院學(xué)報，1990(9):27-29. [3] 潘一山，章夢濤,王來貴.地下硐室?guī)r爆的相似材料模擬實驗研究[J].巖土工程學(xué)報，1997(6):49-56. [4] 馮濤, 謝學(xué)斌, 王文星,等. 巖石脆性及描述巖爆傾向的脆性系數(shù)[J]. 礦冶工程, 2000, 20(4):18-19. [5] 馮濤 巖爆機理與防治理論及應(yīng)用研究(博士論文)[D].長沙:中南工業(yè)大學(xué)，1999. [6] 盧廷浩. 高等土力學(xué)[M]. 北京：機械工業(yè)出版社, 2006. [7] 靳曉光, 王艷, 林志,等. 西藏扎墨公路嘎隆拉隧道巖爆傾向性實驗研究[J]. 山地學(xué)報, 2013, 31(1):114-119. [8] 魏錦平, 邵軒, 牛國良,等. 泥巖分層的脆性對底板比壓的影響特征研究[J]. 西安科技大學(xué)學(xué)報, 2013, 33(6):656-661. [9] 柴文革, 高全臣, 李文利,等. 巖石材料峰后失穩(wěn)破壞研究[J]. 路基工程, 2007, 2007(4):14-16. Testing study on rockburst proneness of serpentine under a deep mine WANGWei-wei,YIYuan (School of Civil Engineering and Architecture,Wuhan Polytechnic University,Wuhan 430023,China) 2017-05-08. 汪為巍(1981-)，男，博士，E-mail:1464427693@qq.com. 易遠(1994-)，男，碩士研究生，E-mail: 514211814@qq.com. 國家自然科學(xué)基金(11602183). 2095-7386(2017)03-0055-04 10.3969/j.issn.2095-7386.2017.03.011 TD 313 A5 結(jié)論與建議
