深部隧道切缝装药爆破岩体损伤演化及致裂特征

摘要

针对深部隧道在地应力作用下采用切缝爆破开挖技术致裂岩体内部损伤及裂纹演化规律不清楚，建立切缝爆破理论模型，研究切缝爆破致裂岩体作用机制，并通过理论分析地应力对切缝爆破载荷致裂岩体的影响.通过在数值模拟软件中引入校正好的岩石本构模型建立不同地应力下双孔切缝爆破三维数值模型，结果表明：受地应力影响，在爆炸近区，双孔切缝爆破在切缝方向与非切缝方向上的粉碎区直径之比在1.5～2.0之间，有利于双孔切缝爆破在切缝方向上的裂纹扩展，而抑制了非切缝方向处裂纹的发育；地应力对双孔切缝爆破远区裂纹扩展速度和长度影响很大，当切缝方向与最大主应力方向垂直时，地应力会抑制切缝方向上裂纹扩展速度和最终长度；地应力不改变双孔切缝爆破在孔间应力变化趋势，在孔间均出现应力衰减区和叠加区，但影响着孔间各点所受的应力峰值，随着地应力的增大，孔间各点所受应力峰值也变大；地应力影响切缝爆破载荷作用岩体损伤效果，尤其是在最大主应力方向，并且当切缝方向与最大主应力方向一致时，爆破作用定向效果最佳.最后，通过建立深部隧道爆破开挖三维数值模型和开展现场试验，探究地应力对爆破过程中岩体损伤的影响.结果表明：在深部隧道开挖区域，周边孔采用切缝爆破和延时起爆的光面爆破顺序，可以有效地提高岩体预裂开挖质量，对岩体的稳定性有着重要的保障.

关键词

切缝爆破 / 爆生裂纹 / 地应力 / 数值模拟 / 光面爆破

基金资助

国家自然科学基金资助项目（52074013,52474170）; 国家科技重大专项计划资助项目（2024ZD1004104）; 煤炭安全精准开采国家地方联合工程研究中心开放基金资助项目（EC2023009）; 中铁四局集团川藏铁路技术开发重大项目（2022–CZ–01）