二郎山公路隧道岩爆岩石力学试验研究

试验研究表明，二郎山公路隧道岩石（体）只有岩爆倾向性指数（Ｗｃｔ）和高地应力这两个内、外因条件均满足要求时才有可能发生岩爆活动；单轴压缩试验结果则表明，发生岩爆的岩石峰值后区变形段出现了非稳定的Ⅱ型破坏，这为岩爆预测提供了重要的科学依据。     

岩爆形成机制与判据研究

根据岩爆实例调研，详细描述了岩爆破坏的几何形态特征，并通过岩爆岩石断口扫描电镜分析和岩爆岩石力学测试等研究，总结出岩爆形成的力学机制主要有压致拉裂、压致剪切拉裂、弯曲鼓折(溃屈)等三种基本类型。现场测试结果则表明，岩爆发生时，其判据σ0／Rb至少应大于0．3。     

基于PFC3D仿真重演的加载及卸载岩爆破坏特征研究

以兰-海高速公路桐梓隧道灰岩为研究对象，进行室内力学试验，并基于三维颗粒流程序PFC（particle flow code）进行加载和卸载岩爆试验数值模拟，得出不同应力状态下岩样的细观破坏特征。研究结果表明： 1）加载试验中岩石应力变化、颗粒位移、黏结破坏特征及能量变化情况均表现出3个阶段，即弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段。2）岩石加载强度随着初始应力的增大而增大，岩石储存的极限应变也随之增大。3）应力越大，卸载试验岩爆倾向及强度越大，这是由于岩石破坏时应力由卸载面转移到内部，导致岩石内部应力集中；在其他条件不变的情况下，初始应力越大卸载岩爆强度越大，径向应力增大对硐室围岩稳定性有着更不利的影响。4）岩石加载和卸载条件下岩石的破坏具有较大区别。     

基于人工神经网络的岩爆烈度预测研究

岩爆是高地应力岩石地下工程中的一种常见灾害,岩爆预测是岩爆研究中的重要研究课题。本文选取围岩最大切向应力与岩石抗压强度的比值σθ σc、岩石抗压和抗拉强度的比值σc σt和岩石弹性能量指数Wet作为评判指标,采用人工神经网络理论,根据给定的岩爆烈度分级标准构造学习样本集,建立了一种新的岩爆烈度预测模型。工程实例表明,所建议的模型预测精度高、通用性强,在岩爆烈度预测中具有良好的应用前景。     

雪峰山公路隧道岩爆问题的分析预测研究

雪峰山隧道为上海~瑞丽国道主干线湖南省邵阳~怀化高速公路上最大的控制性工程,全长约7 km,最大埋深约850 m,为典型的长大越岭公路隧道,曾一度担心岩爆问题突出,目前已全线贯通。本次研究通过现场洞壁应力测试、MTS岩石力学特性实验、隧道内地质观测分析并结合课题组以往总结的经验判据(σθ/Rb)对其岩爆问题从岩石材料本身的内在力学机制和外部条件两方面进行综合分析预测得出:围岩岩石材料本身虽具备发生岩爆的内部条件,但最终发生岩爆还是取决于外部应力状况和外部条件,这与实际相符,并为今后类似工程提供了一套研究方法和借鉴作用。     

模糊数学在岩爆预测中的应用

岩爆是高应力区硬岩处地下工程的一种常见地质灾害。岩爆的产生受到许多因素的影响,如地应力、埋深、岩石脆性指数等,采用模糊综合评判的方法可以预测岩爆可能发生的等级。     

苍岭隧道施工岩爆预防与防治

根据岩爆的发生机理,对苍岭隧道岩爆在发生时间、空间效应、围岩岩性与岩体结构效应等方面的主要特征进行分析,并从改善岩石物理性能和应力条件、初期支护加固围岩、二次衬砌等方面详细阐述该隧道在实际施工中采取的岩爆预防及防治措施。     

突变级数法在隧道岩爆等级预测中应用

对岩爆发生及其烈度等级的预测评判研究一直是地下岩石工程领域的研究热点。将突变数学和模糊数学结合引出的突变级数方法应用于岩爆等级预测研究中,从而建立了岩爆预测的突变级数法模型。该模型选用洞室最大切向应力与岩石抗压强度的比值、岩石抗压强度与抗拉强度的比值以及弹性能量指数作为评判指标,在对岩爆样本数据无量纲化处理的基础上,采用归一公式进行综合量化计算,从而可求出各样本的突变级数,并划分了不同岩爆等级对应的突变级数的分类区间。最后,将该方法应用于诸永高速公路括苍山隧道和江边水电站引水隧洞的岩爆预测中,通过与其他方法和实际情况对比,证明了其可行性与有效性。     

基于灰关联投影法的岩爆烈度分级预测研究

岩爆是高应力区开挖过程中常见的地质灾害，具有突发性和极强的破坏性，因此岩爆烈度分级预测一直是岩爆课题研究的重点。基于灰关联投影法的基本理论，综合分析影响岩爆发生的主要因素以及现有的岩爆评价指标体系，选取最大切应力与单轴抗压强度比值σθ/σc、岩石脆性系数σc/σt(单轴抗压强度与单轴抗拉强度比值)、围岩弹性储能系数Wet及岩石完整性系数Kv 4个指标，采用熵权理论确定指标权重，并运用灰关联投影法进行灰关联投影值计算和分级，从而预测出岩爆烈度等级。利用国内外多组典型工程实例对方法的可行性及适用性进行验证，将所得结果与熵权－正态云模型、RS－TOPSIS模型及实际情况进行对比。研究结果表明： 灰关联投影法用于岩爆烈度分级预测具有较高的准确性，且原理简单，运用方便，具有一定的工程应用前景。     

基于GWO-SVM岩爆分级预测模型

引入灰狼算法（GWO）优化支持向量机(SVM)模型，构建GWO-SVM岩爆分级预测模型。选取围岩最大切向应力、岩石单轴抗压强度、岩石单轴抗拉强度等，组成3种不同的输入指标组合，构建岩爆分级预测指标体系。将153组岩爆案例作为数据集输入4种模型进行训练、测试，比较不同输入组合下模型的预测效果。结果表明：GWO-SVM比标准SVM模型预测准确率提升7.41%～18.52%，在输入指标组合2下，GWO-SVM模型预测准确率最高达92.59%，基于GWOSVM的岩爆分级预测方法优于其他方法。     

八庙隧道岩爆特征与防治措施

该文介绍了八庙隧道岩爆的发生与发展过程,总结了八庙隧道岩爆的主要特征,结合地质条件,分析了隧道岩爆发生的主要原因。根据八庙隧道的岩爆特征,有针对性地提出了隧道岩爆防治措施,处治技术的核心是控制喷混凝土的剥落、保持初期支护的完整性。实践表明在初期支护内设置双层钢筋网是控制喷混凝土剥落的简单而有效的措施。     

引汉济渭岭北TBM施工段隧洞微震监测系统及工程应用

本文以引汉济渭岭北施工区隧洞开挖为工程背景,通过微震监测系统的建立和微震监测技术对开挖过程的实时连续在线监测和分析,研究分析岩爆发生的前兆信息。通过研究表明:岩爆发生前微震事件数量及累计能量的骤增骤减是岩爆发生的前兆,且通过微震事件的"时空强"等信息可以宏观推断岩爆发生的位置及强度。通过对岩爆发生过程中相关规律的研究,可以为隧道开挖的安全提供指导。     

地下洞室中的地应力测量

地应力是隧道等岩石工程稳定性设计与评价的重要基础资料,在重大工程设计与施工前,需进行地应力测量,为工程设计提供依据。岩爆常发生在强度高、质地坚硬、干燥且较完整的弹脆性岩体中。采用水压致裂法测定地应力,在此基础上用Russense法、陶振宇法和Wet能量指数法综合预测隧道发生岩爆的几率,为工程开挖提供参考。     

蒙华铁路九岭山隧道施工期岩爆预测研究

为保障九岭山隧道施工安全，准确预测掌子面前方未开挖段的岩爆发生状况，采用理论与实测相结合研究手段，对隧道的岩爆发生状况进行了预测。通过岩爆预测并结合已开挖段的岩爆发生情况，得出卢森、王元汉、王兰生判据的结论更适合九岭山隧道的实际情况。基于应力解除法的二次应力测试和基于应力判据法的岩爆预测准确性也得到了验证，得出九岭山隧道未开挖段DK1689+140~+450为中等岩爆区域。     

基于室内模拟试验的公路隧道岩爆预测技术

声发射振铃计数及声发射b值可反映脆性岩石内部微裂纹演化及破坏过程,因此在高速公路隧道围岩体稳定性和岩爆的监测预警领域中得到广泛运用。通过钻取大冶某高速公路隧道工程内大理岩岩芯,进行单轴压缩声发射岩爆模拟试验,并对岩爆模拟试验全过程的声发射振铃计数及声发射b值演变特征进行研究,发现两者在试验的不同阶段特征明显,其中:声发射振铃计数平静期内表现出的"低值稀疏"现象以及声发射b值的"b值低谷"现象可作为岩爆灾害可能发生的特征参数;声发射振铃计数的"突增密集"现象及声发射b值的断崖式跌落现象可作为岩爆灾害即将发生的特征参数,可服务于高速公路隧道围岩体稳定性评价,以及岩爆等动力灾害预警预报。     

基于交叉验证的XGBoost算法在岩爆烈度分级预测中的适用性探讨

为解决机器学习算法在样本较少时，所得岩爆烈度等级的预测结果存在可靠性不足的问题，采用一种基于交叉验证的XGBoost算法，并讨论其适用性。先选取岩石单轴抗压强度σc、单轴抗拉强度σt、洞室围岩最大切应力σθ、岩石弹性变形指数Wet以及岩体完整性系数KV等5个评价指标； 再以国内外岩爆实例数据为样本，通过多次交叉验证计算XGBoost算法岩爆预测准确率，与支持向量机算法、随机森林算法所得准确率比较； 最后对评价指标重要性进行分析。结果表明： 1）在样本较少时，样本划分和排序的随机性对预测结果影响较大，通过多次交叉验证求取预测结果平均值，可提高结果可靠性； 2）评价指标中KV与σθ重要性最大，σc重要性最小； 3）XGBoost算法具有较高的预测准确率，在岩爆烈度分级预测中具有一定适用性。     

超前锚杆防治岩爆危害在拉平隧洞中的应用

拉平隧洞岩爆地段不断发生岩爆坍方、掉块，施工安全受到严重威胁，工程受阻。本文介绍了采用超前早强锚杆防治岩爆的有效措施，对其经济效益和社会效益进行了客观评价。     

乌兹别克斯坦甘姆奇克隧道岩爆特点及其形成机制

在总结乌兹别克斯坦安琶铁路甘姆奇克隧道岩爆特点的基础上,结合隧道工程地质条件,对岩爆的发生机制进行分析。研究表明： 甘姆奇克隧道的岩爆主要是由于本隧道的花岗闪长岩和正长斑岩属脆性围岩及围岩内赋存很高的水平向构造残余应力引起的; 隧道在埋深仅40 m的条件下就发生岩爆,且岩爆发生在拱顶-拱腰段,主要是由于与隧道轴线接近垂直的水平向地应力为最大主应力的缘故;该隧道的岩爆按形成机制可分为完整岩体的薄片状弹射、近水平向层状岩体折断崩落、岩块崩出+周边围岩塌落和边墙板状岩体折断崩出4种模式。     

敞开式TBM安全快速通过隧洞强岩爆地层施工技术——以引汉济渭工程秦岭隧洞岭南TBM施工段为例

岩爆为深埋隧洞施工的主要灾害之一，为有效解决敞开式TBM在强岩爆地层施工中安全风险高、效率低这一核心问题，依托引汉济渭工程秦岭隧洞岭南TBM段在岩爆防治措施上的多年实践与研究，形成具有针对性的强岩爆防治技术体系。研究结果表明： 1）引进微震监测岩爆超前预测系统后，通过监测实施过程中数据的不断分析与修正，能大致推断出掌子面前方约15 m范围内围岩可能出现的岩爆等级； 2）采取合理的超前钻孔应力释放预处理措施，可以降低围岩出露TBM护盾后岩爆发生的规模与频率； 3）通过对治理工艺进行优化，可实现高岩爆风险区围岩的快速封闭； 4）采用合理的支护材料，能有效防止滞后性强岩爆对初期支护体系的破坏。系统的防治体系有助于强岩爆地层的施工安全管控，也可达到加快施工进度的目的，对类似工程具有一定借鉴意义。     

围岩应力梯度对应变型岩爆特征荷载影响模型试验研究

应变型岩爆是在深地下开挖引起围岩应力集中后受梯度应力作用下产生的。为探明围岩应力梯度对应变型岩爆围岩破坏及特征荷载的影响,采用自主研发的真三轴气液复合加卸载岩爆模拟试验装置,在相同模型材料、围压与单面卸载条件下,进行了4种竖向梯度应力加载的岩爆模型试验。试验采用类岩石材料的大尺寸(1 000 mm×600 mm×400 mm)试件实现竖向梯度应力加载,模型材料选取具有强岩爆倾向的水膏比为0.7的石膏材料。基于岩爆模型试验的宏观破坏现象观察及加卸载过程的声发射能量与累计能量曲线,分析了竖向加载应力梯度系数对试件岩爆破坏特征的影响规律。基于试验过程的加载应力及声发射振铃总计数曲线的阶段性变化分析,获得了4种不同竖向梯度应力加载条件下试件的峰值荷载、起裂荷载与损伤荷载。结果表明:随着竖向加载应力梯度系数的增大,岩爆碎屑由大块板状为主逐渐过渡到以小块片状、块状与粉末状为主,岩爆碎屑的弹射最大距离逐步增大,岩爆的动力破坏现象越来越来越明显;试件在破坏过程中释放的累计能量逐渐减小,能量释放越来越趋于临近岩爆前集中释放;试件的起裂荷载趋向于增大,损伤荷载则变化不大,峰值荷载减小。