轻微-中等岩爆拉张断裂影响因素及预测方法研究

岩爆微观断口研究表明，轻微-中等岩爆的断裂过程主要表现为拉张断裂或拉剪复合断裂，这与剧烈岩爆的剪切断裂有显著差别。由此针对轻微-中等岩爆的专门研究具有了一定科学意义和必要性。为了使这方面的研究工作走向深入，申请者拟以轻微-中等岩爆拉张断裂现象为研究对象，借助断裂力学的研究方法，在岩体内部预存裂隙统计分析的基础上，针对拉张断裂产生的力学机制及预测方法展开研究。研究过程的前期将进行围岩预存裂隙的统计工作，并使用统计理论中的MAX函数计算各组裂隙中的最长裂隙，然后根据围岩应力实测资料，进行裂隙Ⅰ型应力强度因子的数值求解，并充分关注裂隙的产状、空间位置对应力强度因子的影响。当应力强度因子值达到岩石断裂韧度值时，岩石就可能发生断裂破坏。采用激光全息干涉双曝光法并辅助以CCNBD法测试岩石Ⅰ型断裂韧度。在此基础上量化分析岩爆拉张断裂的部分影响因素，并初步建立相应的预测方法。

青年基金轻微-中等岩爆拉张断裂影响因素及预测方法研究经过3年的科研工作，研究成果比较显著，研究成果与其他项目研究成果一起，获得岩石力学与工程学会科技进步二等奖，投出国际SCI论文两篇，接收1篇。轻微-中等岩爆的断裂过程主要表现在拉张断裂或拉剪复合断裂，这是不同于剧烈岩爆的剪切型断裂的。诚然，不管是轻微岩爆还是剧烈岩爆，岩石脆性断裂现象的发生都并不预示着岩爆现象的必然发生，但反过来，岩爆现象的发生必然事情会发生岩石的脆性断裂事件。由此，本项目的研究成果，最终被确定为轻微-中等岩爆发生的一个必要条件，而非充分条件。在轻微-中等岩爆中，这种必要条件表现的比剧烈岩爆更加的明显。为了研究轻微-中等岩爆的拉张断裂现象，本项目从预存裂隙的应力强度因子入手，进行了细致的研究。研究过程中，对选定研究区域的预存裂隙（即地下工程围岩表面丰富发育的短小裂隙）进行了统计。统计数据包括预存裂隙的组数、间距、迹长和宽度，同时使用罗盘对裂隙的铲状进行了具体的测量。统计工作结束后，对统计数据进行了回归分析，利用MAX函数求解了各组裂隙在统计上的最大长度，即求解了最长裂隙的长度L。在最长裂隙求解的基础上，根据围岩应力的实测资料，进行了围岩裂隙1型裂隙的应力强度因子求解（采用ansys软件），分析了单条裂隙两端1型应力强度因子的应力影响因素。之后结合全息干涉及CCNBD断裂韧度实验，对I型断裂的风险性进行了全面的分析。之后对于中等岩爆（拉张-剪切型岩爆），结合I型及II型应力强度因子，对岩爆的潜在可能性进行了计算，深入探讨了建立该类岩爆预测计算方法的路径。