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摘要：本文从能量的角度出发探讨了岩爆发生的机制，指出岩爆发生是能量耗散和能量释放的综合结果。根据能量耗散与释放原理推导出岩爆发生时的临界应力状态，应用岩爆发生时的临界应力状态对圆形洞室岩爆发生的位置进行分析，并与二滩水电站左岸导流洞岩爆发生的实际情况进行对比，对比结果表明本文所推导的临界应力状态是合理的。
关键词：岩爆；能量耗散；能量释放
1 引言
岩爆是高地应力岩石地下工程中的一种常见灾害，它常常表现为片状剥落、严重片帮，有时伴有声响及岩片弹射、能量猛烈释放和洞室突然破坏[1]。近几十年来，国内外学者从不同的角度对岩爆大量的研究工作[2-3]，由于岩体是典型的非均匀、非连续介质，含有大量的结构不连续、形态不规则的裂隙、节理或断层，其破坏力学及其复杂，现有的应力强度理论与破坏准则大多很难有效地分析岩体这种复杂的强度变化与破坏行为。
而由热力学定理可知，能量的转化是物质物理过程的本质特性，物质破坏是能量驱动下的一种状态失稳现象。因此，研究并建立岩爆过程中的能量变化规律及其与强度和破坏之间的联系，将更有利于反映外载作用下岩石强度变化与破坏的本质特性。本文基于能量耗散与释放原理对岩爆发生的机制进行了探讨，推导出岩爆发生的临界应力状态和圆形硐室岩爆可能发生的位置，并引用二滩水电站左岸导流洞岩爆发生的实际情况对上述临界应力状态进行验证，验证结果表明本文推导出的临界应力状态是合理的。
2 基于能量原理的岩爆临界应力状态
2.1 基于能量原理的岩爆机理分析
将考虑的岩体看作一个封闭的系统，外力功所产生的总输入能量为 ，根据热力学第一定律可得：
由式（17）可知：（1）当1/3＜λ＜1时，圆形洞室洞顶和洞底的和L最大，故岩爆易发生在洞顶和洞底部位。（2）当λ＝1时，因而岩爆在洞室周边发生岩爆的几率相同。（2）当λ＞1时，岩爆易发生在边拱部位。综上可知：岩爆易发生在平行于最大主应力方向的洞壁。即当水平洞室断面应力场以自重应力为主时，岩爆易发生在边拱处，当应力场以水平方向构造应力为主时，岩爆易发生在拱顶和拱底处。
4 工程实例
随着地下工程的埋深不大增加和地下工程的应力环境的日益复杂，越来越多的工程遇到了岩爆问题。本文选择同时具有应力资料和详细岩爆记录的二滩水电站左岸导流洞，采用临界应力状态进行岩爆分析，并与岩爆发生的实际情况进行对比。
二滩水电站位于川滇南北向构造带中段西侧。坝区河床狭窄，形成V型河谷。根据工程施工记载，岩爆主要发生左岸在0+485～0+800m洞段。该洞段除最小主应力3外，应力量级和方向均变化不大。1＝26MPa，2＝9MPa，3=2.5MPa,其中1量级较高，方位角N340E，倾角230。在岩爆发生地段，洞轴线方向为S600E，基本与1垂直。将该引水隧洞简化为圆形洞室，则与1成900角的洞壁和L最大，＝69MPa，L＝16.3MPa，r＝0。由式（18）可知：
根据判别，与雅砻江平行的洞壁外侧帮及内侧帮围岩能量状态满足岩爆条件，从而产生岩爆，而与1成00角的洞壁围岩能量状态不满足岩爆条件，从而不产生岩爆。这与实际情况相一致。
综上，本文讨论结果与实际发生岩爆的状态和部位相同，说明本文基于能量耗散与释放原理推导出岩爆发生时的临界应力状态是合理的。
5 结语
岩体受力变形时，外力功对岩体所做的功一部分转化为耗散能，另一部分转化为弹性应变能。耗散能用于形成岩体损伤，如果岩体所储存中的弹性应变能不仅能满足岩体变形和破裂所消耗的能量，还有足够的剩余能量转化为动能，使逐渐剥离的岩块弹射出去，则形成岩爆，本文根据能量耗散与释放原理推导出岩爆发生时的临近应力状态，并引用具体的工程实例进行验证，验证结果表明本文推导出的临界应力状态是合理的。
参考文献
[1] 谭以安.岩爆类型以及防治[J]. 现代地质,1991,5(4):450-456
[2] 梁志勇,石豫川,李天斌.基于统计损伤的岩爆预测[J]. 工程地质学报,2005,13(1):85-88
[3] 徐林生,王兰生,李天斌.国内外岩爆研究现状综述[J]. 长江科学院院报,1999,16(4):24-27
论文作者:周焱斌1,罗淑慧2,剑奎2
论文发表刊物:《基层建设》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/9
标签：应力论文; 能量论文; 状态论文; 临界论文; 本文论文; 原理论文; 实际情况论文; 《基层建设》2017年第11期论文;