高儲(chǔ)能巖體爆破開挖能量瞬態(tài)釋放過程及控制

本項(xiàng)目針對(duì)深部高儲(chǔ)能巖體爆破開挖過程中應(yīng)變能的瞬態(tài)釋放動(dòng)力效應(yīng)開展研究，主要內(nèi)容包括應(yīng)變能瞬態(tài)釋放的機(jī)理及計(jì)算模型，應(yīng)變能瞬態(tài)釋放導(dǎo)致圍巖損傷、誘發(fā)振動(dòng)特性及空間分布，應(yīng)變能瞬態(tài)釋放效應(yīng)控制等。在4年的研究期內(nèi)，除原定瞬態(tài)卸載室內(nèi)試驗(yàn)調(diào)整至現(xiàn)場深部原位實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行外，項(xiàng)目基本按照原定研究計(jì)劃展開，圓滿完成研究任務(wù)。 研究表明，深部巖體開挖改變了原有的應(yīng)力和能量平衡狀態(tài)，導(dǎo)致巖體部分應(yīng)變能高速釋放，且圍巖淺部出現(xiàn)能量聚集現(xiàn)象。TBM開挖條件下圍巖應(yīng)變能聚集的最大值高于鉆爆法開挖，且圍巖應(yīng)變能聚集的最大值更接近于開挖面；開挖進(jìn)尺越大，能量釋放的動(dòng)力效應(yīng)越明顯。此外，巖體的脆性、應(yīng)變軟化等不同的峰后力學(xué)特性也對(duì)巖體應(yīng)變能的瞬態(tài)釋放效應(yīng)具有重要影響。室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)的結(jié)果受深部巖樣初始取樣損傷的影響較大，且取樣損傷程度及范圍很大程度上取決于初始應(yīng)力狀態(tài)和水平，巖樣的微結(jié)構(gòu)的影響次之。 爆炸荷載和地應(yīng)力瞬態(tài)卸載所誘發(fā)的圍巖損傷程度和范圍均隨地應(yīng)力量級(jí)的提高而顯著增大；爆炸荷載作用條件下?lián)p傷區(qū)的分布有隨著側(cè)壓力系數(shù)的增大而向應(yīng)力集中區(qū)發(fā)展的趨勢(shì)，而地應(yīng)力瞬態(tài)卸荷所產(chǎn)生的圍巖破壞以受拉破壞為主，表層損傷區(qū)沿開挖呈輪廓均勻分布的趨勢(shì)。高地應(yīng)力條件下爆破開挖產(chǎn)生的圍巖振動(dòng)由爆炸荷載和應(yīng)變能瞬態(tài)釋放（或地應(yīng)力瞬態(tài)調(diào)整）耦合作用引起。后者可成為周圍巖體振動(dòng)的主要組成部分，這有賴于巖體自身的蓄能能力、巖體開挖方式及開挖面的大小。因此，對(duì)應(yīng)變能瞬態(tài)釋放效應(yīng)的控制，應(yīng)一方面通過特殊的應(yīng)力解除爆破設(shè)計(jì)改善圍巖應(yīng)力集中的程度，降低巖體的儲(chǔ)能能力，另一方面可通過減小爆破開挖進(jìn)尺，減緩應(yīng)變能釋放速率以控制開挖擾動(dòng)。 本項(xiàng)目的研究成果對(duì)加深對(duì)深部巖體爆破損傷及破壞的機(jī)理的認(rèn)識(shí)具有一定意義，可為我國深部巖體工程設(shè)計(jì)及施工安全保障提供新的設(shè)計(jì)思路。 結(jié)合本項(xiàng)目的研究，共發(fā)表論文23篇，其中SCI收錄9篇（含錄用2篇），EI收錄12篇（含錄用4篇）；申請(qǐng)發(fā)明專利11項(xiàng)，授權(quán)5項(xiàng)；培養(yǎng)博士生3人，碩士生7人。部分研究成果獲中國工程爆破協(xié)會(huì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)（個(gè)人排名第5）。參與撰寫專著《深部巖體開挖瞬態(tài)卸荷機(jī)制與效應(yīng)》（共8章，執(zhí)筆其中2章）。各項(xiàng)考核指標(biāo)均超過申請(qǐng)書預(yù)定目標(biāo)。 2100433B

擬采用理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場試驗(yàn)及數(shù)值分析方法，針對(duì)深部高儲(chǔ)能巖體爆破開挖過程中巖體應(yīng)變能的瞬態(tài)釋放過程及效應(yīng)展開研究。首先，采用圍壓瞬態(tài)卸載試驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)室內(nèi)試驗(yàn)巖樣圍壓的瞬間卸載，揭示巖體應(yīng)變能瞬態(tài)釋放的機(jī)理，建立能量瞬態(tài)釋放效應(yīng)的計(jì)算模型和考慮能量瞬態(tài)釋放效應(yīng)的巖石損傷判據(jù)；其次，結(jié)合現(xiàn)場開挖損傷區(qū)檢測、圍巖振動(dòng)監(jiān)測和數(shù)值計(jì)算，研究能量瞬態(tài)釋放誘發(fā)圍巖損傷和高應(yīng)力破壞的規(guī)律及影響因素，分析瞬態(tài)釋放能量誘發(fā)振動(dòng)響應(yīng)的衰減規(guī)律及時(shí)空分布；最后，提出基于開挖程序和鉆爆設(shè)計(jì)優(yōu)化及應(yīng)力解除爆破的高儲(chǔ)能巖體爆破開挖能量瞬態(tài)釋放效應(yīng)控制方法。本課題既符合國家基礎(chǔ)工程建設(shè)的重大需求，又是深部巖體力學(xué)理論發(fā)展急需解決的關(guān)鍵問題，研究成果有助于加深對(duì)深部巖體爆破損傷及破壞的機(jī)理的認(rèn)識(shí)，對(duì)保障深埋洞室的施工安全具有重要意義，可為我國深部巖體工程設(shè)計(jì)及施工提供新的設(shè)計(jì)和分析理論。

《深部巖體開挖瞬態(tài)卸荷機(jī)制與效應(yīng)》主要介紹深埋洞室?guī)r體開挖瞬態(tài)卸荷機(jī)制、效應(yīng)和控制技術(shù)，包括深部巖體開挖瞬態(tài)卸荷力學(xué)過程和計(jì)算模型、鉆爆開挖過程圍巖應(yīng)力和應(yīng)變能的瞬態(tài)調(diào)整機(jī)制、深部巖體開挖瞬態(tài)卸荷激發(fā)的圍巖振動(dòng)、深部巖體爆破開挖引起的圍巖開裂機(jī)制和巖爆效應(yīng)、深部巖體爆破開挖過程中的圍巖損傷演化機(jī)制、開挖瞬態(tài)卸荷引起的圍巖松動(dòng)與變形機(jī)制、深部巖體開挖瞬態(tài)卸荷動(dòng)力效應(yīng)控制技術(shù)等內(nèi)容。

能量意外釋放理論從事故發(fā)生的物理本質(zhì)出發(fā)，闡述了事故的連鎖過程：由于管理失誤引發(fā)的人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)及其相互作用，使不正常的或不希望的危險(xiǎn)物質(zhì)和能量釋放，并轉(zhuǎn)移于人體、設(shè)施，造成人員傷亡和(或)財(cái)產(chǎn)損失，事故可以通過減少能量和加強(qiáng)屏蔽來預(yù)防(見圖5 能量意外釋放理論描述的事故連鎖示意圖)。人類在生產(chǎn)、生活中不可缺少的各種能量，如因某種原因失去控制，就會(huì)發(fā)生能量違背人的意愿而意外釋放或逸出，使進(jìn)行中的活動(dòng)中止而發(fā)生事故，導(dǎo)致人員傷害或財(cái)產(chǎn)損失。

圖5 能量意外釋放理論描述的事故連鎖示意圖

3.兩類危險(xiǎn)源

兩類危險(xiǎn)源的分類，使事故預(yù)防和控制的對(duì)象更加清晰。

正是由于系統(tǒng)中危險(xiǎn)源的發(fā)展變化和相互作用，才使能量發(fā)生了意外釋放。根據(jù)危險(xiǎn)源在事故發(fā)生、發(fā)展中的作用，可以分為兩類。第一類危險(xiǎn)源是系統(tǒng)中可能發(fā)生意外釋放的各種能量或危險(xiǎn)物質(zhì);第二類危險(xiǎn)源是導(dǎo)致約束、限制能量措施失效或破壞的各種不安全因素。第一類危險(xiǎn)源的存在是事故發(fā)生的前提;第二類危險(xiǎn)源是第一類危險(xiǎn)源導(dǎo)致事故的必要條件。兩類危險(xiǎn)源共同決定危險(xiǎn)源的危險(xiǎn)性。第一類危險(xiǎn)源釋放出的能量，是導(dǎo)致人員傷害或財(cái)物損壞的能量主體，決定事故后果的嚴(yán)重程度;第二類危險(xiǎn)源出現(xiàn)的難易，決定事故發(fā)生的可能性的大小(見圖6 兩類危險(xiǎn)源在事故中的作用示意圖)。

圖6 兩類危險(xiǎn)源在事故中的作用示意圖

在具體的安全工程中，第一類危險(xiǎn)源客觀上已經(jīng)存在并且在設(shè)計(jì)、建造時(shí)已經(jīng)采取了必要的控制措施，其數(shù)量和狀態(tài)通常難以改變，因此事故預(yù)防工作的重點(diǎn)是第二類危險(xiǎn)源，事故控制的重點(diǎn)是第一類危險(xiǎn)源。

4.行業(yè)安全工程

(1)化工安全工程?；ぐ踩こ碳夹g(shù)人員應(yīng)了解化學(xué)能釋放發(fā)生火災(zāi)、爆炸和毒害事故的機(jī)理;了解化學(xué)品物質(zhì)的危險(xiǎn)性;掌握一般化工火災(zāi)爆炸事故分析方法，并能提出相應(yīng)的防范措施;掌握化工火災(zāi)爆炸事故、化學(xué)物質(zhì)毒害事故預(yù)防和控制方法。

(2)建筑安全工程。建筑安全工程技術(shù)人員應(yīng)掌握建筑施工中的常見事故類型及其預(yù)防措施，重點(diǎn)掌握高處墜落事故的事故成因和預(yù)防措施;熟悉影響建筑本體的主要危險(xiǎn)因素及其事故預(yù)防的主要措施;熟悉建筑消防工程的主要內(nèi)容。

(3)機(jī)械安全工程。機(jī)械安全工程技術(shù)人員應(yīng)了解機(jī)械安全設(shè)計(jì)與機(jī)器安全裝置的基本知識(shí)、機(jī)械設(shè)備使用安全的基本知識(shí);掌握機(jī)械傷害的種類及預(yù)防機(jī)械傷害的措施，機(jī)械設(shè)備在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用、維修等各個(gè)環(huán)節(jié)的安全技術(shù)和安全措施;特別應(yīng)具備起重、壓力容器類機(jī)械事故的預(yù)防能力。

(4)電氣安全工程。電氣安全工程技術(shù)人員應(yīng)了解電氣安全技術(shù)的概況、電氣事故的類型、絕緣防護(hù)的基本知識(shí)、防止觸電的基本方法、靜電的特性和危害、雷電的基本參數(shù)和雷電的種類與危害;掌握電氣安全的屏障防護(hù)和間距防護(hù)、電氣設(shè)備和設(shè)施的保護(hù)接地與保護(hù)接零、安全供電技術(shù)、電氣防火防爆措施、消除靜電的基本途徑、防雷分類及裝置、基本的防雷技術(shù)。

(5)職業(yè)危害與人機(jī)安全工程。安全工程技術(shù)人員應(yīng)掌握職業(yè)危害的來源、種類及防護(hù)措施;了解工作場所環(huán)境監(jiān)測目的及工業(yè)場所的職業(yè)衛(wèi)生要求，掌握工業(yè)毒物危害控制措施;了解人機(jī)安全工程的主要研究內(nèi)容，掌握人機(jī)系統(tǒng)常見事故及其原因。

四、發(fā)展方向和趨勢(shì)

安全工程是闡明事故發(fā)生和預(yù)防規(guī)律的科學(xué)，并隨著科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展而不斷更新和發(fā)展。近年來隨著科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展，針對(duì)生產(chǎn)實(shí)際的不斷變化和需求，安全工程主要發(fā)展方向包括以下方面。

1.風(fēng)險(xiǎn)分析的定量化

安全工程認(rèn)為，風(fēng)險(xiǎn)是描述系統(tǒng)危險(xiǎn)性的客觀量?？陀^、準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)風(fēng)險(xiǎn)是預(yù)防、控制各類事故的基礎(chǔ)和前提。近年來，為了提升安全技術(shù)和管理水平，十分重視定量風(fēng)險(xiǎn)分析，提出了一系列風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)計(jì)方法和分析模型，這些分析涉及人員、社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)可接受水平的定量化;風(fēng)險(xiǎn)概率、后果嚴(yán)重度的定量化;風(fēng)險(xiǎn)暴露程度的定量化;人員、財(cái)產(chǎn)脆弱程度的定量化等。

2.事故應(yīng)對(duì)的系統(tǒng)化

安全工程認(rèn)為，事故由事故隱患、故障、偏差、事故、事故后果等一系列互為因果的事件構(gòu)成。事故的預(yù)防和控制過程中需要系統(tǒng)化的研究：危險(xiǎn)源及其動(dòng)態(tài)變化情況;事故致因因素及其發(fā)展情況;初發(fā)事故及后續(xù)事故的多米諾規(guī)律;事故發(fā)生過程中損失的控制屏蔽;事故過后系統(tǒng)的恢復(fù)和重建等。

3.安全管理的體系化

人們從大量事故教訓(xùn)中認(rèn)識(shí)到，現(xiàn)代工業(yè)事故不是哪一次、哪一個(gè)人操作，而是一系列人為失誤造成的，是一種文化的、管理體系的缺失?；谶@樣的認(rèn)識(shí)，國內(nèi)外廣泛推行以戴明管理法則(即PDCA法則)為基礎(chǔ)的安全管理體系，將質(zhì)量、安全、健康、環(huán)境融為一體，突出預(yù)防為主、全員參與、持續(xù)改進(jìn)的理念，提高安全管理的標(biāo)準(zhǔn)化、現(xiàn)代化水平。

4.安全技術(shù)的工程化

本質(zhì)安全(inherent safety, intrinsic safety)、防護(hù)層分析(1ayer of protection)和機(jī)能安全(functional safety)代表了近年來安全技術(shù)工程化的最新發(fā)展方向。

(1)本質(zhì)安全。針對(duì)日益規(guī)?；c復(fù)雜化的生產(chǎn)系統(tǒng)，人們注重采用本質(zhì)安全的設(shè)計(jì)和工藝，最大限度地減少系統(tǒng)的危險(xiǎn)性。本質(zhì)安全的基本技術(shù)原則包括：最小化(intensification)，使用較小量的危險(xiǎn)物質(zhì);替換(substitute)，用危險(xiǎn)性小的物質(zhì)替換危險(xiǎn)性大的物質(zhì);緩和(moderate)，采用不太危險(xiǎn)的條件，不太危險(xiǎn)形態(tài)的物料，或者危險(xiǎn)物料或能量釋放影響最小的設(shè)備;簡化(simplify)，簡化設(shè)備的設(shè)計(jì)，消除不必要的復(fù)雜性而減少操作失誤。

(2)防護(hù)層分析。經(jīng)過本質(zhì)安全設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)仍然存在“殘余危險(xiǎn)”，需要采取各種防護(hù)措施(protections)來預(yù)防事故的發(fā)生和減少事故損失。以化工生產(chǎn)為例，過程防護(hù)層包括基本工藝控制、工藝警報(bào)、操作者監(jiān)視，危險(xiǎn)警報(bào)、操作者監(jiān)視和采取措施，安全監(jiān)控系統(tǒng)，物理防護(hù)，工廠內(nèi)外的應(yīng)急等。防護(hù)層的防護(hù)性能，即防護(hù)層的有效性對(duì)控制剩余危險(xiǎn)起著十分重要的作用。

(3)機(jī)能安全。隨著計(jì)算機(jī)、集成電路等技術(shù)滲透到所有工業(yè)領(lǐng)域并徹底改變工業(yè)過程的控制，以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)也越來越多地用于安全目的。這些復(fù)雜系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，往往會(huì)直接或間接地導(dǎo)致事故的發(fā)生，有時(shí)甚至?xí)斐烧麄€(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的癱瘓。鑒于此，安全相關(guān)系統(tǒng)的安全機(jī)能問題引起了廣泛關(guān)注。

安全相關(guān)系統(tǒng)(safety related sysem)是以某種技術(shù)實(shí)現(xiàn)安全機(jī)能的系統(tǒng)，是被要求實(shí)現(xiàn)一種或幾種特殊機(jī)能以確保危險(xiǎn)性在可接受水平的系統(tǒng)。安全相關(guān)系統(tǒng)屬于主動(dòng)防護(hù)的范疇。安全相關(guān)系統(tǒng)可以是獨(dú)立于設(shè)備、過程控制的系統(tǒng)，也可能是設(shè)備、過程控制系統(tǒng)本身實(shí)現(xiàn)安全機(jī)能。機(jī)能安全需要研究和解決的問題是，安全相關(guān)系統(tǒng)必須具有什么安全機(jī)能，以及安全機(jī)能必須實(shí)現(xiàn)到什么程度。前者稱為安全機(jī)能要求，后者稱為安全度要求。通過危險(xiǎn)分析明確安全機(jī)能要求，并通過危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)得到安全度要求。2100433B

《巖石力學(xué)與工程研究著作叢書》序

《巖石力學(xué)與工程研究著作叢書》編者的話

前言

第1章 緒論 1

1.1 研究背景與意義 1

1.2 深部巖體開挖效應(yīng)研究現(xiàn)狀 4

1.3 巖體開挖卸荷的動(dòng)力特性 7

1.4 本書的主要內(nèi)容 9

參考文獻(xiàn) 10

第2章 深部巖體開挖瞬態(tài)卸荷力學(xué)過程和計(jì)算模型 19

2.1 巖體開挖的準(zhǔn)靜態(tài)和瞬態(tài)卸荷過程 19

2.1.1 鉆孔爆破開挖法與隧道掘進(jìn)機(jī)開挖法 19

2.1.2 準(zhǔn)靜態(tài)卸荷與瞬態(tài)卸荷的判定 23

2.1.3 巖體開挖瞬態(tài)卸荷力學(xué)過程 25

2.2 巖體開挖瞬態(tài)卸荷力學(xué)過程的數(shù)學(xué)描述 27

2.2.1 炮孔布置與毫秒延遲起爆順序 27

2.2.2 圍巖二次應(yīng)力場與分步開挖荷載 29

2.2.3 爆炸荷載及其作用歷程 32

2.2.4 巖體開挖瞬態(tài)卸荷起始時(shí)刻與持續(xù)時(shí)間估算 40

2.2.5 巖體開挖瞬態(tài)卸荷方式 42

2.3 爆炸荷載與開挖瞬態(tài)卸荷的耦合作用計(jì)算模型 44

2.3.1 爆炸荷載的施加 44

2.3.2 開挖瞬態(tài)卸荷過程的模擬 48

2.3.3 耦合作用計(jì)算模型及其實(shí)現(xiàn) 50

2.4 小結(jié) 51

參考文獻(xiàn) 51

第3章 鉆爆開挖過程圍巖應(yīng)力和應(yīng)變能的瞬態(tài)調(diào)整機(jī)制 54

3.1 開挖瞬態(tài)卸荷引起的圍巖瞬態(tài)應(yīng)力場 54

3.1.1 圍巖瞬態(tài)應(yīng)力場計(jì)算的解析方法 54

3.1.2 瞬態(tài)卸荷引起的圍巖二次應(yīng)力動(dòng)態(tài)調(diào)整過程 60

3.1.3 全斷面毫秒爆破下的隧洞圍巖二次應(yīng)力演化與分布規(guī)律 65

3.2 爆炸荷載和瞬態(tài)卸荷耦合作用下的圍巖總動(dòng)應(yīng)力場 69

3.2.1 爆炸荷載作用引起的圍巖動(dòng)應(yīng)力場 69

3.2.2 爆炸荷載和瞬態(tài)卸荷耦合作用引起的圍巖總動(dòng)應(yīng)力場 74

3.3 圍巖應(yīng)變能的集聚過程與空間分布規(guī)律 79

3.3.1 圍巖應(yīng)變能的計(jì)算 80

3.3.2 開挖過程圍巖中的能量平衡 82

3.3.3 開挖過程圍巖中的能量傳輸 85

3.3.4 圍巖應(yīng)變能的積聚特征 88

3.4 開挖過程圍巖應(yīng)變能的釋放 89

3.4.1 能量釋放指標(biāo) 89

3.4.2 圍巖能量釋放規(guī)律 90

3.4.3 圍巖能量釋放的影響因素 100

3.5 小結(jié) 104

參考文獻(xiàn) 105

第4章 深部巖體開挖瞬態(tài)卸荷激發(fā)的圍巖振動(dòng) 108

4.1 開挖瞬態(tài)卸荷激發(fā)圍巖振動(dòng)的機(jī)制及影響因素 108

4.1.1 靜水應(yīng)力場中巖體開挖瞬態(tài)卸荷激發(fā)圍巖振動(dòng)的解析解 108

4.1.2 巖體開挖瞬態(tài)卸荷激發(fā)圍巖振動(dòng)的影響因素 109

4.1.3 非靜水應(yīng)力場中巖體開挖瞬態(tài)卸荷激發(fā)圍巖振動(dòng) 114

4.2 瞬態(tài)卸荷激發(fā)振動(dòng)與爆破振動(dòng)的比較 116

4.2.1 爆破振動(dòng)及影響因素 116

4.2.2 質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度比較 122

4.2.3 振動(dòng)頻率比較 125

4.2.4 實(shí)測深埋隧洞開挖過程振動(dòng)信號(hào)的頻譜特性 125

4.3 實(shí)測瞬態(tài)卸荷激發(fā)振動(dòng)的識(shí)別與分離 133

4.3.1 深埋隧洞鉆爆開挖過程的實(shí)測圍巖振動(dòng) 134

4.3.2 開挖瞬態(tài)卸荷激發(fā)振動(dòng)的識(shí)別 138

4.3.3 開挖瞬態(tài)卸荷激發(fā)振動(dòng)的分離 142

4.4 開挖瞬態(tài)卸荷激發(fā)振動(dòng)的傳播規(guī)律 146

4.4.1 基于量綱分析推導(dǎo)的激發(fā)振動(dòng)預(yù)測公式 147

4.4.2 實(shí)測開挖卸荷激發(fā)圍巖振動(dòng)衰減規(guī)律 150

4.5 小結(jié) 156

參考文獻(xiàn) 157

第5章 深部巖體爆破開挖引起的圍巖開裂機(jī)制和巖爆效應(yīng) 159

5.1 深埋隧洞爆破開挖過程的裂紋擴(kuò)展模型 160

5.2 爆炸應(yīng)力波驅(qū)動(dòng)的巖體開裂機(jī)制 161

5.2.1 翼型裂紋擴(kuò)展的臨界條件 162

5.2.2 巖體開裂特征 162

5.3 準(zhǔn)靜態(tài)卸荷引起的圍巖開裂機(jī)制 165

5.3.1 翼型裂紋產(chǎn)生的臨界條件 165

5.3.2 圍巖開裂范圍與翼型裂紋擴(kuò)展方向 167

5.4 瞬態(tài)卸荷誘導(dǎo)的圍巖開裂機(jī)制及影響因素 168

5.4.1 圍巖開裂范圍 168

5.4.2 圍巖開裂的影響因素 169

5.5 開挖卸荷誘導(dǎo)的巖爆效應(yīng) 172

5.5.1 圍巖開裂過程中的能量變化 172

5.5.2 不同卸荷方式下應(yīng)變型巖爆的特征 177

5.5.3 巖爆碎塊彈射速率 179

5.5.4 錦屏二級(jí)水電站深埋隧洞開挖過程中的巖爆 180

5.6 小結(jié) 186

參考文獻(xiàn) 186

第6章 深部巖體爆破開挖過程中的圍巖損傷演化機(jī)制 189

6.1 深部巖體鉆爆開挖導(dǎo)致圍巖損傷機(jī)理 189

6.1.1 巖體開挖瞬態(tài)卸荷誘發(fā)圍巖損傷機(jī)理 189

6.1.2 爆炸荷載作用下的圍巖損傷機(jī)理 190

6.2 深部巖體鉆爆開挖圍巖損傷模型 191

6.2.1 損傷破壞準(zhǔn)則 191

6.2.2 損傷演化方程 192

6.2.3 損傷變量閾值 193

6.3 深部巖體鉆爆開挖圍巖損傷演化過程 194

6.3.1 瞬態(tài)卸荷作用下的圍巖損傷演化過程 195

6.3.2 爆炸荷載與瞬態(tài)卸荷耦合作用下的圍巖損傷演化過程 198

6.3.3 工程實(shí)例分析 203

6.4 錦屏二級(jí)水電站深埋隧洞爆破開挖圍巖損傷區(qū)檢測及特性研究 208

6.4.1 工程概況 208

6.4.2 損傷區(qū)檢測方法 209

6.4.3 損傷區(qū)檢測結(jié)果 210

6.4.4 深埋隧洞爆破開挖圍巖損傷特性 214

6.5 小結(jié) 217

參考文獻(xiàn) 218

第7章 開挖瞬態(tài)卸荷引起的圍巖松動(dòng)與變形機(jī)制 220

7.1 節(jié)理巖體開挖瞬態(tài)卸荷松動(dòng)機(jī)理 220

7.1.1 開挖瞬態(tài)卸荷松動(dòng)的能量模型 220

7.1.2 開挖瞬態(tài)卸荷松動(dòng)的應(yīng)力波模型 222

7.1.3 開挖瞬態(tài)卸荷松動(dòng)的影響因素 228

7.1.4 平行節(jié)理組切割巖體的卸荷松動(dòng)模型 229

7.2 開挖瞬態(tài)卸荷引起節(jié)理巖體松動(dòng)模擬試驗(yàn) 234

7.2.1 松動(dòng)模擬試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 234

7.2.2 模型材料的選擇與相似分析 235

7.2.3 松動(dòng)模擬試驗(yàn)過程 237

7.2.4 試驗(yàn)結(jié)果分析 241

7.3 節(jié)理巖體爆破松動(dòng)機(jī)理 244

7.3.1 爆破松動(dòng)的應(yīng)力波模型 244

7.3.2 爆破松動(dòng)的動(dòng)力有限元分析 247

7.4 含結(jié)構(gòu)面地下廠房高邊墻開挖卸荷松動(dòng)變形實(shí)例分析 250

7.4.1 瀑布溝水電站工程概況 251

7.4.2 開挖過程地下廠房實(shí)測變形 252

7.4.3 高邊墻開挖卸荷松動(dòng)變形數(shù)值分析 254

7.4.4 計(jì)算結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)的對(duì)比 259

7.5 小結(jié) 261

參考文獻(xiàn) 262

第8章 深部巖體開挖瞬態(tài)卸荷動(dòng)力效應(yīng)控制技術(shù) 264

8.1 深埋洞室開挖程序優(yōu)化 264

8.1.1 典型水電站地下廠房洞群開挖程序 265

8.1.2 大型地下廠房開挖程序比較與分析 270

8.1.3 深埋地下廠房開挖輪廓爆破方式比選 273

8.2 深部巖體開挖瞬態(tài)卸荷激發(fā)振動(dòng)控制 279

8.2.1 爆破振動(dòng)和開挖瞬態(tài)卸荷激發(fā)振動(dòng)的預(yù)測 279

8.2.2 深埋隧洞開挖瞬態(tài)卸荷激發(fā)振動(dòng)控制 280

8.2.3 深埋地下廠房開挖瞬態(tài)卸荷激發(fā)振動(dòng)控制 292

8.3 深埋地下洞室開挖瞬態(tài)卸荷引起的圍巖損傷控制 297

8.3.1 深埋隧洞開挖過程的圍巖應(yīng)力動(dòng)態(tài)演化規(guī)律 297

8.3.2 全斷面鉆爆開挖過程的圍巖損傷演化規(guī)律 302

8.3.3 基于地應(yīng)力瞬態(tài)卸荷圍巖損傷控制的爆破設(shè)計(jì)優(yōu)化 303

8.4 基于開挖瞬態(tài)卸荷控制的施工期巖爆主動(dòng)防治 305

8.4.1 基于應(yīng)力解除的巖爆主動(dòng)防治 305

8.4.2 基于爆破擾動(dòng)控制的巖爆主動(dòng)防治 309

8.5 小結(jié) 313

參考文獻(xiàn) 314

索引 317

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