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巖爆的定義與特征
巖爆是地下工程在開挖過程中，脆性巖體在高應(yīng)力的條件下，由于施工爆破擾動(dòng)原巖，使其內(nèi)部存儲(chǔ)的彈性應(yīng)變能急劇釋放出來，造成開挖空間周圍部分巖。石產(chǎn)生爆裂松脫、剝落、彈射甚至拋擲的一種動(dòng)態(tài)力學(xué)現(xiàn)象。
巖爆發(fā)生時(shí)的主要特征包括：
(1)圍巖多為堅(jiān)硬、脆性巖體，巖爆巖體的單軸抗壓強(qiáng)度大于50MPa。巖爆時(shí)，巖塊迅速從開挖的坑壁飛出，一般呈中間厚邊緣薄的不規(guī)則形狀，塊度大小多呈幾厘米長寬的薄片，個(gè)別甚至達(dá)幾十厘米長寬，嚴(yán)重時(shí)甚至可以瞬間把整個(gè)掌子面壓壞。
(2)巖爆的發(fā)生與否和地下工程埋藏的深度沒有必然的關(guān)系，，一般多發(fā)生在700 - 800m，但埋深在100m左右的也有發(fā)生的實(shí)例，如秦嶺隧道埋深77m時(shí)就有兩次巖爆發(fā)生。
(3)巖爆主要發(fā)生在Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖，它既不發(fā)生非常完整的巖體，也不發(fā)生在裂隙較發(fā)育的Ⅳ、V級(jí)圍巖；發(fā)生巖爆段的巖體比較干燥，有地下水或者斷裂部位一般不會(huì)發(fā)生巖爆。
(4)巖爆發(fā)生與否與施工方法有一定的關(guān)系，在同等的地質(zhì)條件下，采用掘進(jìn)機(jī)施工比采用礦山法施工發(fā)生的少。在開挖掘進(jìn)過程中，巖爆活動(dòng)較為頻繁的區(qū)域是掌子面 3倍洞徑范圍內(nèi)，且多發(fā)生在斷面周邊不圓順處及壁面凹凸不平處等應(yīng)力易集中的部位。距掌子面 3倍洞徑之外的區(qū)域，巖爆則逐漸減少。
巖爆的影響因素
有關(guān)巖爆的研究工作已歷經(jīng)兩個(gè)半世紀(jì)之久。雖然經(jīng)過幾代學(xué)者的努力，巖爆的研究有了一定的發(fā)展，但由于巖爆的發(fā)生和發(fā)展過程是一個(gè)極難用數(shù)學(xué)手段模擬的動(dòng)力過程，再加上巖體本身的復(fù)雜性，所以人們對(duì)巖爆的研究仍然處于探索階段。因?yàn)閹r爆的發(fā)生對(duì)隧道穩(wěn)定性影響是災(zāi)難性的，所以下面只介紹巖爆的影響因素。
(1)巖性對(duì)巖爆影響。從國內(nèi)外曾經(jīng)發(fā)生過巖爆的工程來看，巖爆多發(fā)生在堅(jiān)硬、脆性的巖體中。質(zhì)地堅(jiān)硬的巖體彈性模量高，能夠聚集很大的彈性變形能，一旦遭到開挖擾動(dòng)，彈性變形能就會(huì)突然釋放，形成巖爆。
(2)地應(yīng)力對(duì)巖爆的影響。巖爆的發(fā)生與地應(yīng)力集聚特征有著密切的關(guān)系。一般具有較高的地應(yīng)力的巖石，其彈性模量也較高，彈性應(yīng)變能較大，最容易發(fā)生巖爆，形成巖石破碎區(qū)。通常具有較高的地應(yīng)力的巖石，在高地應(yīng)力區(qū)隧道等地下工程開挖后，其周邊的二次應(yīng)力場(chǎng)中產(chǎn)生切向應(yīng)力和徑向應(yīng)力的分導(dǎo)作用是導(dǎo)致巖爆發(fā)生的重要原因。
(3)巖體結(jié)構(gòu)對(duì)巖爆的影響。巖體完整程度是決定巖爆發(fā)生的一個(gè)重要條件。完整巖體是指裂隙間距相對(duì)較大、宏觀上沒有貫穿的巖體，巖塊的破裂不是沿著裂隙發(fā)生，而是巖石內(nèi)部裂紋的擴(kuò)展造成的。但一些裂隙發(fā)育的巖體也可能發(fā)生較大規(guī)模的巖爆，巖體結(jié)構(gòu)是否有利于能量的儲(chǔ)存和釋放是在結(jié)構(gòu)巖體中發(fā)生巖爆的必要條件。能量釋放越徹底，巖爆越強(qiáng)烈。
(4)埋深與地形對(duì)巖爆的影響。地應(yīng)力與埋深有密切的關(guān)系，埋深越大，地應(yīng)力越大。而且地應(yīng)力的方向也是隨深度而改變的。根據(jù)相關(guān)工程地應(yīng)力的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，水平主應(yīng)力與垂直主應(yīng)力于深度的變化關(guān)系為：深度在1000m以上，水平主應(yīng)力大于垂直主應(yīng)力；深度在1000m以下，水平主應(yīng)力往往要小于垂直主應(yīng)力，垂直主應(yīng)力成為最大主應(yīng)力。
(5)地下水對(duì)巖爆的影響。通常情況下，巖爆大都發(fā)生在干燥的巖體中，而比較濕潤的巖體較難發(fā)生巖爆，這就是地下水的滲流對(duì)巖石作用造成的。地下水對(duì)巖石的影響主要有以下兩個(gè)方面：一是軟化巖石，降低了巖體強(qiáng)度和貯存彈性變形能的能力；二是水的浸入可耗散巖體內(nèi)存儲(chǔ)的彈性變形能以及降低節(jié)理裂隙的抗剪強(qiáng)度，因而可以降低巖體破壞的猛烈程度。
(6)開挖施工對(duì)巖爆的影響。圍巖的局部應(yīng)力集中是發(fā)生巖爆的一個(gè)重要條件，應(yīng)力集中不僅與初始應(yīng)力有關(guān)，而且還與隧道的形狀及施工方法等因素有關(guān)。在高地應(yīng)力區(qū)進(jìn)行隧道等地下工程的施工，由于開挖爆破方法不當(dāng)，造成隧道開挖斷面不規(guī)則，超欠挖嚴(yán)重，這樣就加劇圍巖局部應(yīng)力集中的程度，易導(dǎo)致巖爆的產(chǎn)生。另外，爆破也是巖爆發(fā)生的一個(gè)誘因。采用相同的爆破方式，工程巖體的外載荷在爆破的瞬間差異很大，以彈性波在巖體內(nèi)傳播，既導(dǎo)致了圍巖的損傷演化結(jié)果有明顯區(qū)別，又成為鄰近工程巖體發(fā)生巖爆的誘因。
