巖爆與大變形

1、深部隧道圍巖的大變形和巖爆深部隧道圍巖的大變形和巖爆研究和探討研究和探討中國科學(xué)院研究生院碩士課程近年來，我國高速公路、高速鐵路、大型水電站工程及長距離調(diào)水等工程建設(shè)的快速發(fā)展，深埋長大隧道將越來越多。n根據(jù)我國中長期高速公路發(fā)展規(guī)劃，預(yù)計(jì)到2020年我國高速公路將形成7條放射線、9條南北縱線、18條東西橫線、17條縱向聯(lián)絡(luò)線和19條橫向聯(lián)絡(luò)線，運(yùn)營里程將達(dá)到8.5萬公里；n根據(jù)我國中長期鐵路發(fā)展規(guī)劃（2008版），預(yù)計(jì)到2020年我國時(shí)速200公里的高速鐵路建設(shè)里程將超過1.8萬公里，屆時(shí)省會及主要城市之間都將建成客運(yùn)專線或城際鐵路；n目前在建的錦屏二級水電站工程包括2條交通隧洞、1條排水隧

2、洞和4條引水隧洞，每條隧洞長度均超過16公里；n目前處于項(xiàng)目建議書階段的我國南水北調(diào)西線一期工程，輸水隧洞長達(dá)540多公里，穿越青藏高原東部高山峽谷地區(qū)，最長的4#隧洞長達(dá)72.4公里。研究意義研究意義同時(shí)，金屬和煤炭礦山開采深度越來越大， 以煤礦為例，目前我國煤礦開采深度以每年812m的速度增加，未來20年我國很多煤礦將進(jìn)入10001500m深度，我國埋深在1000m以下的煤炭儲量為2.95萬億噸，占煤炭總儲量的53%。金屬礦方面：n南非金礦1000m，最大3700m；n印度Kolar金礦區(qū)，3個(gè)2400m，最大3260m；n俄羅斯克里沃羅格鐵礦區(qū)，8個(gè)900m；n我國銅陵獅子山銅礦1100

3、m；n山東玲瓏金礦800m；n撫順紅透山銅礦900-1100m；湘西金礦850m.研究意義研究意義深埋長大交通、水利隧道和礦山巷道施工和運(yùn)營中，經(jīng)常出現(xiàn)大變形、巖爆、塌方、突涌水等地質(zhì)災(zāi)害。而目前對于深埋隧道圍巖大變形、巖爆等施工地質(zhì)災(zāi)害變形機(jī)制、防治方法等研究尚不足。一、深部隧道圍巖的大變形一、深部隧道圍巖的大變形中國科學(xué)院研究生院碩士課程什么是軟巖？什么是圍巖擠壓大變形？圍巖擠壓大變形的預(yù)測和分級圍巖大變形的機(jī)理蘭武二線烏鞘嶺隧道F7圍巖大變形南山集團(tuán)柳海煤礦巷道大變形長期以來，國內(nèi)對軟巖和弱巖的定義存在較大爭議：長期以來，國內(nèi)對軟巖和弱巖的定義存在較大爭議：l軟巖一般指巖石(intact

4、 rock)，即單軸抗壓強(qiáng)度為0.520MPa的巖石（ISRM，國際巖石力學(xué)學(xué)會），或單軸抗壓強(qiáng)度小于17MPa的巖石，或飽和單軸抗壓強(qiáng)度小于30MPa的巖石（工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)-1994、巖土工程勘察規(guī)范-2004）。lHoek & Marinos (2000)將完整巖塊（即巖石）單軸抗壓強(qiáng)度25MPa定義為弱巖(Weak rock)。l我國煤礦系統(tǒng)在1984年12月的昆明會議上將松軟巖層定義為“強(qiáng)度低，空隙大，膠結(jié)程度差，受構(gòu)造切割面及風(fēng)化影響顯著或含有大量膨脹粘土礦物成分的松、散、軟、弱巖層”，顯然這里的軟巖是巖體，是松散軟弱巖層的簡稱。lE. Hoek (1998)對弱巖體進(jìn)行了

5、如下定義 “弱巖體是由構(gòu)造運(yùn)動造成的，微觀表現(xiàn)為原巖受到了剪切和壓碎，原聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)受到了擾動，工程特點(diǎn)表現(xiàn)為巖體強(qiáng)度非常低、隧道或邊坡開挖很容易誘發(fā)失穩(wěn)破壞”。l顧寶和等(2006)將斷層破碎帶巖體歸為具有不良地質(zhì)特性并易引發(fā)工程事故的“劣質(zhì)巖”之一。 擠壓大變形隧道則主要出現(xiàn)在以泥巖、泥質(zhì)砂巖擠壓大變形隧道則主要出現(xiàn)在以泥巖、泥質(zhì)砂巖/粉砂巖、粉砂巖、粘土巖、泥灰?guī)r、煤系地層、復(fù)理石為主的沉積巖，以粘土巖、泥灰?guī)r、煤系地層、復(fù)理石為主的沉積巖，以頁巖、片巖、泥質(zhì)板巖、千枚巖、蛇紋巖、片麻巖等為頁巖、片巖、泥質(zhì)板巖、千枚巖、蛇紋巖、片麻巖等為主的變質(zhì)巖等這些傳統(tǒng)軟巖中。斷層破碎帶巖體與傳統(tǒng)主的變

6、質(zhì)巖等這些傳統(tǒng)軟巖中。斷層破碎帶巖體與傳統(tǒng)軟巖相比，大變形本質(zhì)相同但影響因素和過程卻存在著軟巖相比，大變形本質(zhì)相同但影響因素和過程卻存在著顯著差別。顯著差別。 什么是擠壓性圍巖？什么是擠壓性圍巖？國內(nèi)外學(xué)者從不同角度進(jìn)行了不同定國內(nèi)外學(xué)者從不同角度進(jìn)行了不同定義。國外對擠壓性圍巖的研究比較早也比較系統(tǒng)：義。國外對擠壓性圍巖的研究比較早也比較系統(tǒng)： Terzaghi (1946)擠壓性巖石僅僅指那些含有相當(dāng)多粘土的巖石含有相當(dāng)多粘土的巖石，粘土可能是原生的如頁巖內(nèi)的，也可以是蝕變產(chǎn)物。這類巖石可能主要是高嶺土類，或者蒙脫石類的。因此，擠壓性巖石范圍可能很寬。擠壓性巖石緩慢地向隧道內(nèi)移動，但并沒有

7、明顯的體積增加。擠壓的首要條件是云母類礦物或粘土礦物含量高但膨脹能力卻很低。2. Gioda(1982)擠壓意味著時(shí)間相依性的變形時(shí)間相依性的變形，是由開挖空間周圍的剪應(yīng)力集中造成的。偏應(yīng)變和體積變形都可能出現(xiàn)，后者與巖土介質(zhì)的膨脹有關(guān)。 3. Tanimoto(1984)則假設(shè)擠壓變形現(xiàn)象是圍巖的一種彈塑性行為彈塑性行為，并認(rèn)為當(dāng)巖石應(yīng)變到其殘余塑性狀態(tài)殘余塑性狀態(tài)時(shí)將發(fā)生擠壓變形 4. ORourke(1984)擠壓性地層是指因荷載強(qiáng)度超過其強(qiáng)度荷載強(qiáng)度超過其強(qiáng)度而在隧道附近出現(xiàn)時(shí)間相依性變形時(shí)間相依性變形的地層。擠壓性地層的結(jié)果是隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)將在數(shù)周甚至數(shù)月內(nèi)經(jīng)受比初始荷載高數(shù)倍的不斷增

8、加的荷載。 5. Singh(1992)擠壓意味著巖體應(yīng)力過大引起的與體積膨脹有關(guān)的破壞。擠壓條件下隧道收斂可能長期持續(xù)，有時(shí)超過1年。 7. Kovari(1998)巖石對開挖的擠壓響應(yīng)意味著：地層大變形造成隧道截面收縮，變形持續(xù)很長時(shí)間，如果變形收到抑制，地層壓力可能增大，有時(shí)導(dǎo)致支護(hù)系統(tǒng)破壞。并且指出，持續(xù)大變形通常不是膨脹的結(jié)果，在節(jié)理化巖體中發(fā)生的、因?yàn)橹ёo(hù)能力不足的、且局限于頂部和側(cè)墻的大變形不是擠壓變形，巖爆與擠壓不是同一類。 6. Einstein(1990)擠壓本質(zhì)上是因超過極限剪應(yīng)力而產(chǎn)生的蠕變超過極限剪應(yīng)力而產(chǎn)生的蠕變，只要應(yīng)力和材料特性的特殊組合使隧道周圍的某些區(qū)域超過

9、蠕變開始所需的臨界剪應(yīng)力，任何巖土介質(zhì)中均可發(fā)生擠壓現(xiàn)象任何巖土介質(zhì)中均可發(fā)生擠壓現(xiàn)象。擠壓機(jī)制是巖土體中完整材料顆完整材料顆粒粒的蠕變或/和沿著完整材料顆粒邊界顆粒邊界的蠕變，沿著大型不連續(xù)面大型不連續(xù)面如層面、片理面、節(jié)理和斷層的蠕變 8. 國際巖石力學(xué)協(xié)會(ISRM,1995)“Squeezing of rock is the time dependent large deformation which occurs around the tunnel and is essentially associated with creep caused by exceeding a limit

10、ing shear stress. Deformation may terminate during construction or continue over a long time period.”喻渝（1998）認(rèn)為擠壓性圍巖就是指高地應(yīng)力下的軟弱圍巖（包括斷層破碎帶巖體），擠壓變形的發(fā)生的兩個(gè)必要條件是高地應(yīng)力和高地應(yīng)力和圍巖軟弱圍巖軟弱，充分條件是支護(hù)剛度不足支護(hù)剛度不足。趙旭峰（2007）提出擠壓現(xiàn)象是一種在隧道開挖過程中與時(shí)間有關(guān)的大變形，與巖體的彈粘塑性時(shí)效力學(xué)行為具有相當(dāng)程度的關(guān)聯(lián)性，表現(xiàn)為在工程擾動力作用下，當(dāng)巖體所承受的剪應(yīng)力超過某極限值時(shí)，所發(fā)生的隨時(shí)間發(fā)展的顯著粘彈塑

11、性變形隨時(shí)間發(fā)展的顯著粘彈塑性變形。 擠壓性圍巖應(yīng)具有下列特征：擠壓性圍巖應(yīng)具有下列特征：a-只要應(yīng)力和材料特性的特殊組合使隧道周圍的某些區(qū)域超過蠕變開始所需的臨界剪應(yīng)力，任何巖土介質(zhì)中均可發(fā)生擠壓現(xiàn)象；b-隧道擠壓收斂變形量、變形速率、洞周塑性區(qū)范圍，取決于地質(zhì)條件、強(qiáng)度應(yīng)力比、地下水流量、孔隙水壓力以及巖體性質(zhì)；c-在節(jié)理化巖體中可能發(fā)生因?yàn)橹ёo(hù)能力不足的、局限于頂部和側(cè)墻的大變形不包括在擠壓變形范疇內(nèi)；d-與時(shí)間相關(guān)的變形也可能發(fā)生在膨脹巖體中，擠壓變形通常不意味著體積增加；e-擠壓變形與隧道開挖和支護(hù)技術(shù)及步序密切相關(guān)，若支護(hù)滯后，巖體將向洞內(nèi)移動并造成應(yīng)力重分布，相反，若巖體變形被抑

12、制，擠壓將導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)遭受長期加載。 如何進(jìn)行大變形的預(yù)測和程度分級？如何進(jìn)行大變形的預(yù)測和程度分級？ 從預(yù)測方法上：經(jīng)驗(yàn)方法和半定量半經(jīng)驗(yàn)方法經(jīng)驗(yàn)方法和半定量半經(jīng)驗(yàn)方法。前者本質(zhì)上是基于巖石質(zhì)量分類來進(jìn)行的，后者則使用圓形隧道靜水壓力條件下的解析解及經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析，提出估計(jì)預(yù)期變形量的方法。 3/1350 QH1）經(jīng)驗(yàn)方法 Singh等(1992)提出根據(jù)Q值預(yù)測擠壓變形的臨界隧道埋深的公式：其中，H為隧道頂拱埋深(m)，Q為Barton的Q值。133. 0275BNH 1SRFQN Goel等(1995)根據(jù)99個(gè)隧道的跨度(B)、巖體質(zhì)量數(shù)(N)和隧道埋深(H)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，提出的如下經(jīng)驗(yàn)公

13、式：2）半經(jīng)驗(yàn)半定量方法可根據(jù)所設(shè)定的判定標(biāo)準(zhǔn)差異，分為3類：單純強(qiáng)度應(yīng)力比法單純強(qiáng)度應(yīng)力比法，極限變形量極限變形量/相對變形量法相對變形量法，及應(yīng)力應(yīng)變強(qiáng)度等多指標(biāo)結(jié)合法應(yīng)力應(yīng)變強(qiáng)度等多指標(biāo)結(jié)合法。 強(qiáng)度應(yīng)力比法Muirwood(1972)首先建議使用能力因子(Competency factor)即巖石單軸抗壓強(qiáng)度與垂直應(yīng)力的比值來評價(jià)隧道的穩(wěn)定性。Nakano (1979)利用該參數(shù)來認(rèn)識日本軟巖隧道的擠壓變形潛勢。其后，Jethwa等(1984)、Singh等(1992) 、Hoek (2000) 等學(xué)者均根據(jù)巖體強(qiáng)度與應(yīng)力的比值來量化隧道圍巖的“擠壓變形潛勢”。 Jethwa等(198

14、4)提出擠壓變形分類的公式及劃分標(biāo)準(zhǔn) HpNcmcmc0指標(biāo)大變形分級高度擠壓中等擠壓微弱擠壓無擠壓巖體強(qiáng)度應(yīng)力比1.0極限變形量/相對變形量法Aydan等(1993)認(rèn)為，只要巖體沒有完全飽和，圍巖大變形不可能完全由礦物的膨脹引起，認(rèn)識到日本原來認(rèn)為是膨脹誘發(fā)的隧道圍巖大變形實(shí)際上大部分是擠壓變形。并根據(jù)巖土材料應(yīng)力應(yīng)變曲線中應(yīng)變硬化階段、屈服階段、應(yīng)變軟化階段的極限應(yīng)變與彈性極限應(yīng)變的比值作為預(yù)測擠壓變形嚴(yán)重程度的評判標(biāo)準(zhǔn)，與實(shí)際量測得到的洞周相對切向應(yīng)變比較。 Goel & Singh(1999) 根據(jù)相對變形對圍巖擠壓變形程度進(jìn)行了分級。 指標(biāo)大變形分級微弱擠壓中等擠壓高度擠壓

15、相對變形/u/r%1.03.03.05.05.0Singh等(2007)認(rèn)為極限應(yīng)變值的確定應(yīng)當(dāng)取決于巖塊和巖體的性質(zhì)，并將其定義為隧道周邊切向應(yīng)變的經(jīng)驗(yàn)值隧道周邊切向應(yīng)變的經(jīng)驗(yàn)值，可通過數(shù)值模擬或現(xiàn)場監(jiān)測分析得到，然后監(jiān)測得到的應(yīng)變值與極限應(yīng)變值之比可被用來量化擠壓變形潛勢和修改支護(hù)設(shè)計(jì)。 craauSI/極限應(yīng)變觀測或預(yù)期變形率63. 012. 088. 084. 5icicrEQ分級擠壓程度描述SI無擠壓SI1.0輕度擠壓1.0SI2.0一般擠壓2.0SI3.0嚴(yán)重?cái)D壓3.0SI5.0非常嚴(yán)重?cái)D壓5.010.0雙車道公路隧道/cm2035356060單線鐵路隧道/cm1525254545

16、指標(biāo)大變形分級應(yīng)力強(qiáng)度比3.05.05.08.08.0初始地應(yīng)力5.010.010.015.015.0相對變形/u/r%4.07.07.010.010.0中鐵二局（中鐵二局（2000）擠壓性隧道的大變形分級標(biāo)準(zhǔn)）擠壓性隧道的大變形分級標(biāo)準(zhǔn) 指標(biāo)大變形分級一般估判變形量/mm5.010.010.015.015.0相對變形量/%2.53.03.05.05.0徐林生（徐林生（2002）的公路隧道圍巖大變形分級劃分方案）的公路隧道圍巖大變形分級劃分方案 指標(biāo)大變形分級強(qiáng)度應(yīng)力比0.50.250.250.1515.0劉志春等劉志春等(2008)施工階段大變形分級標(biāo)準(zhǔn)的綜合指標(biāo)判定法施工階段大變形分級標(biāo)準(zhǔn)

17、的綜合指標(biāo)判定法指標(biāo)大變形分級相對變形/u/r%35588強(qiáng)度應(yīng)力比0.50.250.250.1515.0彈性模量E/GPa21.51.51.01.0綜合系數(shù)6030301515圍巖及支護(hù)特征開挖后洞壁圍巖位移較大，持續(xù)時(shí)間較長；一般支護(hù)開裂或破損較嚴(yán)重開挖后圍巖位移大，持續(xù)時(shí)間長；一般支護(hù)開裂或破損嚴(yán)重開挖后圍巖位移很大，持續(xù)時(shí)間很長；一般支護(hù)開裂或破損很嚴(yán)重劉志春等劉志春等(2008)設(shè)計(jì)階段的大變形分級標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)階段的大變形分級標(biāo)準(zhǔn)巖體巖體雙線隧道初期支護(hù)極限相對位移（水平收斂和拱頂下沉）雙線隧道初期支護(hù)極限相對位移（水平收斂和拱頂下沉）圍巖級別埋深(m)埋深(m)503003005005

18、0300300500拱腳水平相對凈空變化（%）拱頂相對下沉（%）0.200.800.701.200.080.400.300.800.402.001.803.000.141.100.801.40鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)范鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)范（TB10108-2002, J159-2002） 現(xiàn)有設(shè)計(jì)施工規(guī)范遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于工程實(shí)踐研究的結(jié)果！現(xiàn)有設(shè)計(jì)施工規(guī)范遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于工程實(shí)踐研究的結(jié)果！圍巖大變形的機(jī)理圍巖大變形的機(jī)理何滿潮教授提出的軟巖大變形的力學(xué)機(jī)制何滿潮教授提出的軟巖大變形的力學(xué)機(jī)制修建于18961906年、連接瑞士和意大利的辛普倫1#隧道是世界上最早出現(xiàn)嚴(yán)重?cái)D壓變形的交通隧道。此后，世界

19、范圍內(nèi)先后出現(xiàn)了奧地利Tauern隧道和Arlberg隧道、瑞士Furka隧道、日本Enasan隧道、中國家竹菁隧道、中國烏鞘嶺隧道、印度隧道Maneri隧道、伊朗Taloun隧道、土耳其Bolu隧道、委內(nèi)瑞拉Yacambu隧道等一系列典型擠壓性隧道。 圍巖擠壓大變形工程實(shí)例圍巖擠壓大變形工程實(shí)例二、深部隧道圍巖的巖爆二、深部隧道圍巖的巖爆中國科學(xué)院研究生院碩士課程在我國水電、交通等工程領(lǐng)域，近年來有越來多的深埋長大隧道進(jìn)入施工期，地下洞室“長、大、深、群”的特點(diǎn)也將愈加明顯，帶來許多深部巖石力學(xué)問題，其中尤以巖爆最為突出。巖爆不僅破壞地下工程結(jié)構(gòu)，損壞生產(chǎn)設(shè)備，而且嚴(yán)重威脅人身安全，已成為我

20、國未來深部或深埋地下工程中的一大技術(shù)瓶頸問題（譚以安，1989、1991；Jenkins, Williams, Wideman，1990；謝和平、Pariseau ，1993；Young，1993；費(fèi)鴻祿，1993；周愛民，1996；康德安，1996；馮夏庭、王泳嘉，1998；唐春安，2004）。 n巖爆是高應(yīng)力地區(qū)地下洞室中圍巖脆性破壞時(shí)應(yīng)變能突然釋放造成的一種動力失穩(wěn)現(xiàn)象, 屬于高應(yīng)力地區(qū)洞室開挖中常見的一種地質(zhì)問題（教科書）。n通過巖爆室內(nèi)實(shí)驗(yàn)資料分析，巖爆是高能量巖體在開挖形成的臨空條件下能量突然釋放的地球物理現(xiàn)象（何滿潮）。n巖爆通常被定義為能夠?qū)е碌叵露词覈?yán)重?fù)p壞的微震事件(P.

21、Kaiser)。n由于開挖洞室，使原有的地應(yīng)力平衡被打破,不僅地應(yīng)力將重新分布，而且往往造成局部圍巖應(yīng)力躍升及能量進(jìn)一步集中，并可能導(dǎo)致圍巖變形局部化現(xiàn)象,誘發(fā)巖石中的微破裂，使圍巖由靜態(tài)平衡向動態(tài)失穩(wěn)發(fā)展，釋放大量彈性能，形成巖爆（唐春安）。n巖爆是宏觀上處于低應(yīng)力、小變形狀態(tài)(相對于靜力破壞極限)的硬質(zhì)脆性圍巖中初始損傷的漸進(jìn)性擴(kuò)展，引起裂紋周圍(尤其是尖端)局部應(yīng)力環(huán)境惡化，并最終導(dǎo)致裂紋大規(guī)?？焖賱恿U(kuò)展的結(jié)果（徐林生）。巖爆的定義巖爆的定義因此，巖爆是一種由漸進(jìn)破壞誘發(fā)突變的過程，其力學(xué)機(jī)制極其復(fù)雜，目前有關(guān)它的研究還多停留在假說和經(jīng)驗(yàn)階段。Brown（1988）曾指出：“甚至在巖爆

22、定義上達(dá)到一致意見都是困難的，巖爆這個(gè)問題的成功答案，目前正在全世界很多研究中心進(jìn)行著研究，它的進(jìn)展將代表著巖石力學(xué)這門學(xué)科的發(fā)展和重大突破”。Hoek和和Brown（1986）也曾指出：“目前對這種漸進(jìn)破壞過程還很不清楚，它是巖石力學(xué)研究工作者所面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)性難題”。 依據(jù)巖爆發(fā)生的原因，巖爆可分為斷層滑動、礦柱破壞和應(yīng)變型巖爆。根據(jù)巖爆發(fā)生的時(shí)間，巖爆可分為瞬時(shí)巖爆和滯后巖爆。兩者的形成機(jī)理有所不同：n 瞬時(shí)巖爆的最大應(yīng)力水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于巖體強(qiáng)度，當(dāng)開挖形成臨空面?zhèn)认迚毫獬龝r(shí)，應(yīng)力不能及時(shí)調(diào)整，切向應(yīng)力來不及增加的情況下發(fā)生了巖爆的現(xiàn)象。n 滯后巖爆的最大應(yīng)力水平接近于巖體強(qiáng)度，當(dāng)開挖形成

23、臨空面?zhèn)认迚毫獬龝r(shí)，應(yīng)力能夠調(diào)整，切向應(yīng)力迅速增加的情況下發(fā)生了巖爆的現(xiàn)象。 巖爆的分類巖爆的分類無論是瞬時(shí)巖爆，還是滯后巖爆，都要經(jīng)歷巖爆應(yīng)力演巖爆應(yīng)力演化過程化過程和巖爆板裂結(jié)構(gòu)演化過程巖爆板裂結(jié)構(gòu)演化過程。 巖爆應(yīng)力演化過程巖爆應(yīng)力演化過程 巖爆板裂結(jié)構(gòu)演化過程巖爆板裂結(jié)構(gòu)演化過程 瞬時(shí)巖爆的應(yīng)力路徑瞬時(shí)巖爆的應(yīng)力路徑 滯后巖爆的應(yīng)力路徑滯后巖爆的應(yīng)力路徑 瞬時(shí)巖爆和滯后巖爆的應(yīng)力路徑差異瞬時(shí)巖爆和滯后巖爆的應(yīng)力路徑差異巖石剝落巖石剝落是一種可以在開挖面附近顯著看到的巖石漸進(jìn)破壞過程，包括延伸或張拉破壞（裂紋擴(kuò)展圖a）以及剪切破壞過程（明顯沿著既存弱結(jié)構(gòu)面b）。剝落破壞可能是逐步發(fā)展，

24、也可能以應(yīng)變型巖爆的方式突然出現(xiàn)。 延伸型剝離延伸型剝離 沿弱面剪切破壞沿弱面剪切破壞 片麻巖中應(yīng)力導(dǎo)致的破壞片麻巖中應(yīng)力導(dǎo)致的破壞 巖石剝落和巖石碎脹巖石剝落和巖石碎脹巖體碎脹巖體碎脹是由于大塊或中等塊度節(jié)理巖體破壞而導(dǎo)致的體積增長過程。由于側(cè)向收縮，巖體破碎成塊狀并沿徑向朝洞內(nèi)移動。這種情況會大大增加支護(hù)的變形量。如果沒有支護(hù)的話，碎脹系數(shù)可以達(dá)到35%。而如果設(shè)置適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)體系，碎脹系數(shù)可以降低到5-10%(Kaiser et al. 1996)。 巖爆彈射現(xiàn)象巖爆彈射現(xiàn)象巖爆從洞壁彈射出的巖塊及靠近巖爆裂面殘留下來的斷塊多為棱塊狀、透鏡狀、磷片狀、片狀, 少數(shù)為板狀。經(jīng)過長期研究，人們

25、發(fā)現(xiàn)巖爆一般僅發(fā)生于堅(jiān)硬的脆性巖石中，隧道橫斷面上的應(yīng)力分量的和( 1+3)的量級一般較高。有研究者指出，應(yīng)力接近巖體強(qiáng)度的高儲能體的存在，是巖爆產(chǎn)生的內(nèi)因，某些附加荷載的觸發(fā)是其產(chǎn)生的外因。目前被廣泛采用的巖爆預(yù)測判據(jù)：切應(yīng)力()與單軸抗壓強(qiáng)度( c )之比，強(qiáng)調(diào)的主要是“荷載接近強(qiáng)度荷載接近強(qiáng)度”，這被稱為巖爆發(fā)生機(jī)制的靜荷載理論。巖爆發(fā)生機(jī)制巖爆發(fā)生機(jī)制大多數(shù)巖爆都是在 低于甚至遠(yuǎn)低于c的情況下發(fā)生的；盡管隧道開挖誘發(fā)的應(yīng)力重分布可以使開挖輪廓面附近的q s 有所增大，但根據(jù)摩爾-庫侖準(zhǔn)則，增大的幅度還不足以將圍巖壓爆。在大塊或中等塊度的節(jié)理脆性巖體中，破壞深度起自于開挖處最大應(yīng)力超過由完整巖芯獲得的UCS值大約40%時(shí)。 如果試驗(yàn)所得的UCS值低于實(shí)際巖石的真實(shí)強(qiáng)度（可能是來自于破壞了的鉆孔巖芯），這