基于空孔效应的坚硬岩石涨裂破岩力学特性研究

摘要

为了提高坚硬岩石定向涨裂破岩效率，从坚硬岩石涨裂定向破岩机理出发，基于空孔效应理论对200 mm、250 mm、300 mm、400 mm空孔间距以及20 mm、40 mm、90 mm、120 mm空孔半径下空孔孔壁的应力变化规律展开研究，将理论计算与数值模拟进行对比分析验证。研究结果显示：空孔的存在使得空孔靠近涨裂孔一侧产生应力集中，随着空孔间距增大、空孔半径减小，空孔效应应力集中现象越弱；空孔圆周上受拉区为±40°以内，最大拉应力出现在空孔与涨裂孔圆心连接线上，最大压应力出现在空孔圆周±70°附近。孔间连线上I型岩石应力强度因子与应力变化规律相对应，在孔间距达到400 mm时，应力强度因子K_I小于岩石的断裂韧度K_IC,无法达到形成贯通裂纹的条件。依据研究成果设置空孔参数，并在深圳市铁岗-石岩水库石岩北清水引水隧洞进行涨裂破岩试验。试验结果显示：空孔对于裂纹扩展方向具有引导作用，能够促使空孔与涨裂孔连线方向产生贯通的主裂纹，有利于提高坚硬岩石的涨裂破岩效率，能够为相似工程提供借鉴和参考。

关键词

坚硬岩石 / 定向破岩 / 空孔效应 / 数值模拟 / 静力爆破

基金资助

国家自然科学基金项目(U1604135); 中交第二公路工程局有限公司重点科技研发项目(项目编号2020-5-20); 河南省科技厅产学研合作项目(2015HNCXY011)