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。