爆破扰动诱发巷道围岩渐进破裂过程试验及数值模拟研究

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钻爆法作为一种破岩手段经常被用于巷道掘进工作,具有破岩效率高的优点,同时会对周围岩体产生强烈扰动。对于矿山巷道而言,动力扰动诱致巷道围岩内部应力状态不断发生调整,助生了岩体内部新裂隙,促进原生裂隙的快速扩展和贯通,易导致巷道发生冒顶、片帮,甚至岩爆等事故。因此,掌握爆破等动力扰动行为诱使巷道围岩渐进破裂及损伤演化规律,对于巷道支护及灾害防控具有指导意义。本文基于声发射监测系统展开了爆破扰动诱发巷道围岩渐进破裂试验研究,并通过有限差分软件FLAC3D进行动力扰动诱发巷道破坏数值模拟分析,主要从以下几方面展开了研究:(1)考虑了爆炸波形和微破裂信号波形间的差异性及应力波传播衰减特性,划分了爆炸振动信号和围岩内部微破裂信号,实现了爆炸振动信号的有效滤除。在此基础上,采用了单纯形定位算法对围岩内部微破裂事件进行了反演定位,并通过断铅试验验证了定位算法的准确性,可满足定位要求。(2)开展了不同应力条件下爆破扰动诱发巷道围岩渐进破裂试验,获得了爆破扰动下巷道围岩内部微破裂的时空演化特征,揭示了微破裂的分布特征与巷道围岩宏观破坏的联系,总结了不同应力条件下巷道破坏特征的差异性。(3)对不同应力条件下的静力加载及爆破扰动阶段的声发射信号时序特征进行了研究,着重分析了爆破扰动后围岩内部声发射活动性规律,并基于地震学Omori公式探讨了声发射活动性的幂级衰减规律,揭示了幂级衰减规律与巷道围岩内部损伤的关系。(4)基于有限差分FLAC3D软件,采用峰后强度应变软化模型和扰动应力时程曲线,展开了不同应力条件下动力扰动诱发巷道围岩渐进破坏模拟分析,着重分析了动力扰动后巷道围岩塑性区扩展、应力场迁移特征,总结了动力扰动下巷道围岩渐进破裂的内在规律。
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