高地应力水平岩层隧道岩爆机制研究——以大峡谷隧道为例

高地应力水平层状硬脆性岩体隧道在开挖后周边应力会重分布,导致切应力增加,进而引起局部的弹性应变能增大,当达到一定程度后就会发生岩爆。为研究高地应力下水平岩层的岩爆机制,依托大峡谷超大埋深隧道,采用有限差分软件,建立水平岩层和均质岩层2种工况,从弹性应变能和应力路径2个方面分析了水平岩层岩爆的风险性。研究结果表明:1)在构造应力场的作用下,水平岩层与均质岩层存在较大差别。隧道开挖后,由于开挖卸荷作用,水平岩层掌子面所在环状区域应变能最大,且在开挖前后隧道周边不同位置都出现应变能突变;均质岩层开挖后应变能突变较小。2)应力路径中2种工况下最大主应力和弹性应变能的变化趋势一致,水平岩层中拱顶和拱底区域的应力差在开挖后不断增大,其他位置则在开挖到监测点所在断面时发生突变,造成岩石劣化,掌子面环状区域岩爆的风险增加。