應變岩爆實驗力學（簡體書）

應變岩爆主要發生在完整的硬脆性深部岩體中，是深部地下工程中最常見的工程地質災害，也是一種複雜的非線性動力學現象，其研究的難點是不易進行現場觀測。因此，在實驗室開展岩爆的物理模擬實驗具有重要意義。本書介紹了作者自主研製的應變岩爆實驗系統以及利用該實驗系統進行的一系列基礎實驗研究成果，主要包括應變岩爆實驗系統的設計理論與方法、典型應變岩爆的破壞特徵、應變岩爆聲發射信號的分析、岩體結構和黏土礦物對應變岩爆的影響、圍岩剛度對應變岩爆的影響、應變岩爆碎屑的特徵以及岩爆工程實例分析等內容。

目錄



《岩石力學與工程研究著作叢書》序



《岩石力學與工程研究著作叢書》編者的話



前言



第1章緒論 1



1.1 地下工程中的岩爆概況 1



1.2 岩爆基本概念 3



1.2.1 岩爆定義 3



1.2.2 岩爆分類 4



1.3 岩爆理論研究 6



1.3.1 岩爆靜力學研究 6



1.3.2 岩爆動力學研究 8



1.3.3 岩爆準則 9



1.4 岩爆實驗研究現狀 11



1.5 岩爆物理模擬實驗的新進展 13



參考文獻 15



第2章應變岩爆實驗系統與方法 23



2.1 工程現場岩爆特徵及演化過程 23



2.1.1 國內外工程現場岩爆特徵 23



2.1.2 應變岩爆演化過程 27



2.2 應變岩爆實驗系統設計原理 28



2.2.1 岩爆實驗系統應具備功能 28



2.2.2 圍岩力學行為轉化 28



2.2.3 力學行為轉化的物理模型 30



2.3 應變岩爆實驗系統組成 31



2.3.1 應變岩爆實驗系統 31



2.3.2 實驗主機系統 33



2.3.3 液壓控制系統 34



2.3.4 力和變形數據采集系統 35



2.3.5 聲發射監測系統 36



2.3.6 高速圖像記錄系統 40



2.4 應變岩爆實驗方法 41



2.4.1 岩石基本物理力學實驗 41



2.4.2 應變岩爆應力路徑 41



2.4.3 應變岩爆實驗設計 44



2.4.4 應變岩爆實驗步驟 49



參考文獻 50



第3章應變岩爆實驗分析 53



3.1 應變岩爆實驗影響因素 53



3.1.1 岩石礦物成分 53



3.1.2 岩石結構 54



3.1.3 載荷水平 54



3.1.4 實驗機剛度 56



3.2 應變岩爆實驗分析項目 57



3.3 典型岩石應變岩爆實驗結果 58



3.3.1 應變岩爆實驗基本參數 58



3.3.2 應變岩爆實驗設計 66



3.3.3 應變岩爆實驗特徵 68



3.4 不同應力路徑應變岩爆破壞特徵 106



3.4.1 應力路徑 107



3.4.2 破壞形態 108



3.5 應變岩爆破壞過程分析 111



參考文獻 114



第4章應變岩爆聲發射頻譜分析 116



4.1 聲發射技術簡介 116



4.1.1 概述 116



4.1.2 聲發射原理 119



4.2 應變岩爆聲發射特徵 126



4.2.1 聲發射儀器及參數 126



4.2.2 聲發射信號主頻特徵 127



4.2.3 聲發射參數特徵 136



4.3 應變岩爆微裂紋特徵與聲發射頻譜關係 153



4.3.1 岩石破壞過程裂紋特徵和聲發射頻譜關係 153



4.3.2 萊州花崗岩微裂紋與聲發射頻譜關係 154



4.3.3 北山花崗岩微裂紋與聲發射頻譜關係 169



4.3.4 芙蓉玄武岩微裂紋與聲發射頻譜關係 185



參考文獻 201



第5章岩體礦物成分和結構對應變岩爆的影響 204



5.1 黏土礦物含量對應變岩爆的影響 204



5.2 岩體結構與岩石力學行為 209



5.2.1 結構面及其力學特性 209



5.2.2 含層理面岩體的強度特性 211



5.2.3 現場岩爆的岩體結構效應 214



5.3 層狀結構砂岩岩爆實驗設計 215



5.3.1 砂岩試件的礦物組成 215



5.3.2 砂岩試件的基本力學性質 216



5.3.3 受結構面影響的應變岩爆實驗設計 217



5.4 層狀結構砂岩應變岩爆特徵 219



5.4.1 試件結構面與卸載面垂直時實驗結果 219



5.4.2 試件結構面與卸載面平行時實驗結果 225



5.4.3 層狀結構砂岩應變岩爆爆坑特徵 230



5.4.4 層狀結構砂岩應變岩爆的趨勢 233



參考文獻 233



第6章應變岩爆的岩體剛度效應 235



6.1 岩體剛度的基本概念 235



6.2 岩體剛度效應對岩爆影響的實驗研究 237



6.2.1 應變岩爆實驗設計 237



6.2.2 不同岩性的岩體剛度效應 238



6.2.3 不同實驗機的岩體剛度效應 240



6.2.4 不同結構面的岩體剛度效應 245



6.3 不同圍岩條件下岩體剛度效應數值分析 246



6.3.1 顆粒流程序簡介 246



6.3.2 應變岩爆數值模型 248



6.3.3 不同剛度比條件下的應變岩爆數值分析 252



6.3.4 剛度比對應變岩爆的影響分析 253



6.4 不同結構麵條件下的岩體剛度效應數值分析 260



6.4.1 單組結構面 260



6.4.2 雙組對稱結構面 267



6.4.3 雙組非對稱結構面 272



6.4.4 結構面特性影響 273



參考文獻 276



第7章應變岩爆的碎屑特徵 279



7.1 應變岩爆碎屑分類 279



7.1.1 粒組劃分方法 279



7.1.2 質量分佈特徵 280



7.1.3 尺度特徵 295



7.2 應變岩爆碎屑分形特徵 301



7.2.1 分形維數計算方法 301



7.2.2 分形特徵分析 302



7.3 層狀結構砂岩岩爆實驗碎屑特徵 304



7.3.1 碎屑分組及其質量頻率特徵 304



7.3.2 碎屑尺度特徵 306



7.3.3 微裂紋分形特徵 306



7.3.4 卸載面爆坑形態分形特徵 310



7.3.5 應變岩爆破壞程度與分形特徵的關係 313



參考文獻 314



第8章應變岩爆工程實例物理模擬實驗 315



8.1 大屯姚橋煤礦及孔莊煤礦煤岩爆 315



8.1.1 大屯礦區工程概述 315



8.1.2 岩爆概況 321



8.1.3 岩爆物理模擬實驗 322



8.1.4 岩爆可能性分析 326



8.2 錦屏水電站大理岩岩爆 329



8.2.1 錦屏水電站工程概述 329



8.2.2 岩爆概況 333



8.2.3 岩爆物理模擬實驗 335



8.2.4 岩爆可能性分析 349



8.3 加拿大克瑞頓礦花崗岩及加森礦橄欖岩岩爆 350



8.3.1 岩樣基本情況 350



8.3.2 岩爆物理模擬實驗 353



8.3.3 岩爆可能性分析 369



8.4 意大利大理岩岩爆 371



8.4.1 卡拉拉採石場岩爆現象概述 371



8.4.2 岩爆物理模擬實驗 372



8.4.3 岩爆可能性分析 381



參考文獻 381



索引 383



Contents



Preface to the series of works on rock mechanics and engineering



Editor's foreword to the series of works on rock mechanics and engineering



Preface



1 Introduction 1



1.1 Survey of rock bursts in underground engineering 1



1.2 General concepts of rock bursts 3



1.2.1 Definition for rock bursts 3



1.2.2 Classification for rock bursts 4



1.3 Rock burst mechanism―the theoretical exploration 6



1.3.1 Statistic analysis 6



1.3.2 Kinetics analysis 8



1.3.3 Criteria for rock bursts 9



1.4 Rock burst mechanism―the experimental investigation 11



1.5 Advances in physical simulation of rock bursts 13



References 15



2 Strainburst testing system and experimental methodology 23



2.1 Characteristics and evolutions of insitu rock bursts 23



2.1.1 Characteristics of insitu rock bursts in domestic and overseas 23



2.1.2 Evolution of strainburst problems27



2.2 Design principles for strainburst testing system 28



2.2.1 Functions of strainburst testing system 28



2.2.2 Behaviour transition for surrounding rock mass 28



2.2.3 Physical model of the behaviour transition 30



2.3 Constitution for strainburst testing system 31



2.3.1 Overview 31



2.3.2 Experimental host system 33



2.3.3 Hydraulic pressure controlling system 34



2.3.4 Data acquisition system for forces and displacements 35



2.3.5 AE monitoring system 36



2.3.6 High speed digital recording system 40



2.4 Methodology of strainburst tests 41



2.4.1 Tests for physicalmechanical properties of rock specimen 41



2.4.2 Characteristics of stress paths for strainbursts 41



2.4.3 Experiment design for strainbursts 44



2.4.4 Testing procedure for strainbursts 49



References 50



3 Analyses for strainburst tests 53



3.1 Factors influencing strainbursts 53



3.1.1 Mineral composition of rock mass 53



3.1.2 Rock structure 54



3.1.3 Stress level 54



3.1.4 Machine stiffness 56



3.2 Analysis items for strainburst tests 57



3.3 Experiment results of strainbursts on rocks 58



3.3.1 Physicalmechanical prop