应变型岩爆能量瞬态释放诱发振动特性及其烈度预测方法

Prediction and prevention of strain rock burst is one of the current research hotspots in the deep rock engineering field. This project mainly focuses on energy transient releasing-induced vibration of strain burst during excavation of deep rock. Based on indoor experiment of dynamic unloading and numerical simulation, the brittle-ductile transition characteristic of hard rock is examined to reveal the energy impact mechanism of strain-burst from the perspective of stress unloading. Through in situ experiments of rock burst induced by weak blasting, the vibration characteristic of surrounding rock is studied. The distribution mechanism of total strain energy and seismic energy is clarified based on the energy release speed, and a mechanical model for calculating the induced vibration of strain burst is established. At last, based on monitoring of regular production-blasting, a prediction method of rock burst intensity is proposed. This project conforms to the requirements of national major infrastructure projects, and the research results can provide a theoretical basis for the prediction and control of rock burst during construction of deep rock engineering.

强烈岩爆的预测和防治是深部岩体工程领域的研究热点之一。本项目针应变型岩爆诱发的振动及其烈度预测开展研究。利用室内试验和数值模拟方法，研究深部硬岩的瞬态脆延转换特性，从应力高速卸荷的角度揭示应变型岩爆的能量冲击机理；通过弱爆破诱导的原位岩爆模拟试验，研究应变型岩爆诱发围岩振动的动力特性，阐明基于能量释放速率的应变能-振动能转化分配机制，建立应变型岩爆诱发振动效应的计算模型；结合常规生产爆破振动监测，提出基于能量瞬态释放诱发振动的岩爆烈度预测方法。本项研究既符合国家深部工程建设的重大需求，又立足国际学术前沿，成果可为强烈岩爆的预报和防治提供理论依据。

强烈岩爆的预测和防治是深部岩体工程领域的研究热点之一。本项目围绕科学问题“高速卸载条件下硬岩瞬态脆延转换诱发能量冲击机理”，针对应变型岩爆过程中能量瞬态释放诱发的振动效应开展了研究。这项研究既符合国家基础工程建设的重大需求，又是深部岩体力学理论发展急需解决的关键科学问题，研究成果可在水利水电、交通、矿山和国防等领域进行应用。.首先利用理论推导和数值模拟方法，研究爆破过程中深部岩体应变能瞬态释放的动力特性和岩爆发生过程中能量的转换过程，提出基于能量效应和时间效应的能量释放速率判据；利用高速撞击受压的预制圆孔岩质薄板来模拟隧洞开挖掌子面围岩应力的超高速卸载，建立了应力快速卸荷力学模型，获得了动应力场的理论解，并利用冲切模型研究了介质受到冲击荷载作用下的动态响应，评价岩爆冲击倾向性。.其次，通过研究硬岩的瞬态脆延转换特性，揭示应变型岩爆的能量冲击机理；研究现场试验岩爆诱发岩体振动的特性，分析爆破开挖前后围岩中应变能的差异以及功能转化关系，阐明了基于能量释放速率的应变能-振动能转化分配机制，建立了应变型岩爆诱发振动幅值的力学模型。.最后，研究了岩爆发生过程中能量释放过程及围岩动力响应，从围岩振动、应力分布以及应变能释放情况对V型岩爆坑的形成演化过程进行分析与论证，采用非平稳信号时频特性分析和盲源分离相结合的方法，对爆破振动时程曲线进行信号分离，提出了一种基于诱发振动的深部岩体岩爆烈度评价方法，可为应变型岩爆预测预报和支护设计提供理论支撑。.结合项目研究，发表科研论文12篇（SCI收录5篇、EI收录7篇），授权中国发明专利10项；合著专著1部；培养博士生和研究生10名，项目负责人入选国家特支计划青年拔尖人才，获湖北省杰出青年基金资助。部分研究成果获省部级技术发明或科技进步奖3项，并在白鹤滩水电站地下厂房开挖、杨房沟水电站坝基开挖和陈台沟铁矿深埋巷道爆破开挖中得到推广应用，取得较好效果，圆满完成了预定的研究计划。