高应力高地温下花岗岩隧道岩爆灾害的温度效应研究

针对深埋硬岩隧道在高地应力高地温等复杂地质条件下的失稳破坏及诱发灾害问题，本项目以花岗岩在高应力和温度耦合作用下的卸荷破坏机理为研究对象，首先通过一系列岩爆倾向性的温度效应试验、岩爆卸荷应力路径下耦合温度作用的卸-加载岩石力学试验、声发射监测和电镜微观扫描等宏细观试验研究，针对性地揭示高应力高地温条件下花岗岩隧道开挖卸荷独特的变形破坏特征、微观破裂孕育机制及相对应的能量动态演化规律；在此基础上，通过严谨的数学力学理论，提出能够合理描述温度作用下硬岩岩爆力学行为的热-力耦合卸荷力学模型。最后，以亚洲最长的大瑞铁路高黎贡山深埋隧道为工程背景，完善和修正所提出的理论模型。项目研究成果将揭示温度对岩爆灾害的作用效应，为高地应力高地温下深埋地下工程岩爆灾害的预测、防治和安全施工提供科学依据。

针对深埋硬岩隧道在高地应力高地温等复杂地质条件下的失稳破坏及诱发灾害问题，本项目以花岗岩在高应力和温度耦合作用下的卸荷破坏机理为研究对象，开展不同温度环境下一系列岩爆倾向性的温度效应试验、加卸载三轴试验，详细分析试样的应力–应变全过程曲线、力学参数变化特征、宏观破坏类型和声发射活动等随温度的变化规律。试验表明：存在60℃～100℃的温度门槛值，当温度未超过此范围门槛值时，随着温度的增加，岩石峰后变形由延性向脆性转换，温度增强了硬岩的脆性破坏；当温度升高时，主要表现为剪切破坏，出现贯穿试件的剪切破坏。在试验基础之上，采用精细网格数值模型，提出热-脆性-精细力学计算方法，应用能反映高地应力下硬岩脆性破坏特点的岩体劣化模型模型，结合能量计算指标，进行不同地温下隧道破坏区、能量释放值和应力指标的定量化对比研究。计算结果也表明，隧道地温的增加使岩体产生附加温度应力，进而增大其脆性破坏程度，计算结果与瑞典Äspö Pillar现场试验的破坏规律基本一致。. 该课题严格根据项目任务书的计划安排实施，项目完成情况良好，圆满完成了既定目标，发表SCI论文7篇、EI论文9篇。项目研究成果揭示了温度对岩爆灾害的作用效应，为高地应力高地温下深埋地下工程岩爆灾害的预测、防治和安全施工提供了科学依据。