复杂动力扰动下岩爆灾害发生机制与能量释放规律研究

Focused on the two pivot prerequisites of rockbursting, i.e. "high geo-stress" and "complex dynamic disturbance", this project is aimed at investigating the dynamic mechanism of rockburst and energy dissipation considering both key prerequisites. A novel Split Hopkinson Pressure Bar based confining pressure-static-dynamic coupled loading device is first developed. Rockburst experiments with varying confining pressure, normal incident and inclined incident stress waves are subsequently conducted. The failure mechanism and energy transmission and dissipation mechanism are studied. The dynamic mechanism and catastrophic creterion of rockburst are built up based on the confining pressure-static-dynamic coupled experiments. Microsesmic invigilation of a real engineering project evaluates the mechanism and criterion developed in the laboratory; and the dynamic mechanism and energy dissipation of rockbursting are thus can be finalized. This research values in both intepreting and preventing rockburst dynamic hazards in the perspective of both science and engineering applications.

本项目紧紧抓住"高地应力"和"复杂动力扰动"这两项岩爆孕育和触发的关键因素，致力于研究并揭示综合考虑这两项关键因素的岩爆动力学机理和能量释放机制。发展基于分离式霍普金森压杆的围压-动静组合加载新装置，开展岩石在无围压以及不同围压下、正入射以及不同斜入射角度下的复杂动力扰动岩爆试验，研究试样破断和能量传递耗散规律，以及复杂动力扰动下动静组合岩爆动力学机理和灾变判据。结合高应力地下洞室开挖爆破工程进行微震监测，验证实验室发展的岩爆动力学机理和岩爆判据，揭示高应力地下洞室岩爆孕育和灾变过程的动力学机理与能量释放机制。该研究对于岩爆动力灾害机理解释及其防治，具有重要的科学意义和工程应用价值。

本项目针对深部地下工程岩体所处高地应力赋存环境并遭受复杂动力扰动这两项岩爆孕育和触发的关键因素，围绕岩体动力破坏机理和能量释放机制这一科学问题，通过室内试验、理论分析、数值计算并工程现场微震监测，从细观尺度、实验室尺度到工程尺度，对岩爆动力灾变机理开展了深入研究。对测试岩石断裂韧度的国际建议方法进行了系统研究，有助于岩石断裂属性的合理测量，为岩爆规律研究提供准确有效的断裂参数；发展了一套基于分离式霍普金森压杆实验技术的动静组合斜入射岩爆实验新方法，揭示了动静组合斜入射动力扰动下砂岩的动力响应与变形破坏机理；推导并建立了动静组合加载霍普金森杆实验的能量分析方法，揭示动静组合斜入射动力扰动下砂岩的能量传递与耗散规律；基于离散元方法构建霍普金森杆测试系统二维和三维数值仿真平台，有效再现复杂岩石动力学实验的数值模拟，从微观层面揭示动静组合斜入射动力扰动下试样的破坏模式和渐进破坏特征；从统计学角度分析动静组合斜入射动力扰动下砂岩的破碎特性，建立复杂动力扰动下砂岩的强度、破碎度和能耗相关关系；结合依托工程微震监测，研究了工程围岩微破裂时空演化规律、能量传递释放规律以及与开挖爆破扰动的时空关联，验证了实验室发展的开挖强动力扰动下岩爆动力灾变机理。成功推广应用到大渡河猴子岩水电站地下洞室群、金沙江白鹤滩水电站地下洞室群等大型水利水电工程，创造了一定的社会效应和经济效益，有力地促进了西南地区水电工程技术的创新和快速发展。.项目的研究成果最终形成的研究论文被SCI收录25篇，EI收录9篇；获中国岩石力学与工程学会自然科学特等奖；参加国际学术会议8次，培养硕士研究生6人、博士研究生3人。超额完成项目的预期目标。