应变岩爆实验力学

　　应变岩爆主要发生在完整的硬脆性深部岩体中，是深部地下工程中常见的工程地质灾害，也是一种复杂的非线性动力学现象，其研究的难点是不易进行现场观测。因此，在实验室开展岩爆的物理模拟实验具有重要意义。《应变岩爆实验力学》介绍了作者自主研制的应变岩爆实验系统以及利用该实验系统进行的一系列基础实验研究成果，主要包括应变岩爆实验系统的设计理论与方法、典型应变岩爆的破坏特征、应变岩爆声发射信号的分析、岩体结构和黏土矿物对应变岩爆的影响、围岩刚度对应变岩爆的影响、应变岩爆碎屑的特征以及岩爆工程实例分析等内容。

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目录
《岩石力学与工程研究著作丛书》序
《岩石力学与工程研究著作丛书》编者的话
前言
第1章绪论 1
1.1 地下工程中的岩爆概况 1
1.2 岩爆基本概念 3
1.2.1 岩爆定义 3
1.2.2 岩爆分类 4
1.3 岩爆理论研究 6
1.3.1 岩爆静力学研究 6
1.3.2 岩爆动力学研究 8
1.3.3 岩爆准则 9
1.4 岩爆实验研究现状 11
1.5 岩爆物理模拟实验的新进展 13
参考文献 15
第2章应变岩爆实验系统与方法 23
2.1 工程现场岩爆特征及演化过程 23
2.1.1 国内外工程现场岩爆特征 23
2.1.2 应变岩爆演化过程 27
2.2 应变岩爆实验系统设计原理 28
2.2.1 岩爆实验系统应具备功能 28
2.2.2 围岩力学行为转化 28
2.2.3 力学行为转化的物理模型 30
2.3 应变岩爆实验系统组成 31
2.3.1 应变岩爆实验系统 31
2.3.2 实验主机系统 33
2.3.3 液压控制系统 34
2.3.4 力和变形数据采集系统 35
2.3.5 声发射监测系统 36
2.3.6 高速图像记录系统 40
2.4 应变岩爆实验方法 41
2.4.1 岩石基本物理力学实验 41
2.4.2 应变岩爆应力路径 41
2.4.3 应变岩爆实验设计 44
2.4.4 应变岩爆实验步骤 49
参考文献 50
第3章应变岩爆实验分析 53
3.1 应变岩爆实验影响因素 53
3.1.1 岩石矿物成分 53
3.1.2 岩石结构 54
3.1.3 载荷水平 54
3.1.4 实验机刚度 56
3.2 应变岩爆实验分析项目 57
3.3 典型岩石应变岩爆实验结果 58
3.3.1 应变岩爆实验基本参数 58
3.3.2 应变岩爆实验设计 66
3.3.3 应变岩爆实验特征 68
3.4 不同应力路径应变岩爆破坏特征 106
3.4.1 应力路径 107
3.4.2 破坏形态 108
3.5 应变岩爆破坏过程分析 111
参考文献 114
第4章应变岩爆声发射频谱分析 116
4.1 声发射技术简介 116
4.1.1 概述 116
4.1.2 声发射原理 119
4.2 应变岩爆声发射特征 126
4.2.1 声发射仪器及参数 126
4.2.2 声发射信号主频特征 127
4.2.3 声发射参数特征 136
4.3 应变岩爆微裂纹特征与声发射频谱关系 153
4.3.1 岩石破坏过程裂纹特征和声发射频谱关系 153
4.3.2 莱州花岗岩微裂纹与声发射频谱关系 154
4.3.3 北山花岗岩微裂纹与声发射频谱关系 169
4.3.4 芙蓉玄武岩微裂纹与声发射频谱关系 185
参考文献 201
第5章岩体矿物成分和结构对应变岩爆的影响 204
5.1 黏土矿物含量对应变岩爆的影响 204
5.2 岩体结构与岩石力学行为 209
5.2.1 结构面及其力学特性 209
5.2.2 含层理面岩体的强度特性 211
5.2.3 现场岩爆的岩体结构效应 214
5.3 层状结构砂岩岩爆实验设计 215
5.3.1 砂岩试件的矿物组成 215
5.3.2 砂岩试件的基本力学性质 216
5.3.3 受结构面影响的应变岩爆实验设计 217
5.4 层状结构砂岩应变岩爆特征 219
5.4.1 试件结构面与卸载面垂直时实验结果 219
5.4.2 试件结构面与卸载面平行时实验结果 225
5.4.3 层状结构砂岩应变岩爆爆坑特征 230
5.4.4 层状结构砂岩应变岩爆的趋势 233
参考文献 233
第6章应变岩爆的岩体刚度效应 235
6.1 岩体刚度的基本概念 235
6.2 岩体刚度效应对岩爆影响的实验研究 237
6.2.1 应变岩爆实验设计 237
6.2.2 不同岩性的岩体刚度效应 238
6.2.3 不同实验机的岩体刚度效应 240
6.2.4 不同结构面的岩体刚度效应 245
6.3 不同围岩条件下岩体刚度效应数值分析 246
6.3.1 颗粒流程序简介 246
6.3.2 应变岩爆数值模型 248
6.3.3 不同刚度比条件下的应变岩爆数值分析 252
6.3.4 刚度比对应变岩爆的影响分析 253
6.4 不同结构面条件下的岩体刚度效应数值分析 260
6.4.1 单组结构面 260
6.4.2 双组对称结构面 267
6.4.3 双组非对称结构面 272
6.4.4 结构面特性影响 273
参考文献 276
第7章应变岩爆的碎屑特征 279
7.1 应变岩爆碎屑分类 279
7.1.1 粒组划分方法 279
7.1.2 质量分布特征 280
7.1.3 尺度特征 295
7.2 应变岩爆碎屑分形特征 301
7.2.1 分形维数计算方法 301
7.2.2 分形特征分析 302
7.3 层状结构砂岩岩爆实验碎屑特征 304
7.3.1 碎屑分组及其质量频率特征 304
7.3.2 碎屑尺度特征 306
7.3.3 微裂纹分形特征 306
7.3.4 卸载面爆坑形态分形特征 310
7.3.5 应变岩爆破坏程度与分形特征的关系 313
参考文献 314
第8章应变岩爆工程实例物理模拟实验 315
8.1 大屯姚桥煤矿及孔庄煤矿煤岩爆 315
8.1.1 大屯矿区工程概述 315
8.1.2 岩爆概况 321
8.1.3 岩爆物理模拟实验 322
8.1.4 岩爆可能性分析 326
8.2 锦屏水电站大理岩岩爆 329
8.2.1 锦屏水电站工程概述 329
8.2.2 岩爆概况 333
8.2.3 岩爆物理模拟实验 335
8.2.4 岩爆可能性分析 349
8.3 加拿大克瑞顿矿花岗岩及加森矿橄榄岩岩爆 350
8.3.1 岩样基本情况 350
8.3.2 岩爆物理模拟实验 353
8.3.3 岩爆可能性分析 369
8.4 意大利大理岩岩爆 371
8.4.1 卡拉拉采石场岩爆现象概述 371
8.4.2 岩爆物理模拟实验 372
8.4.3 岩爆可能性分析 381
参考文献 381
索引 383
Contents
Preface to the series of works on rock mechanics and engineering
Editor’s foreword to the series of works on rock mechanics and engineering
Preface
1 Introduction 1
1.1 Survey of rock bursts in underground engineering 1
1.2 General concepts of rock bursts 3
1.2.1 Definition for rock bursts 3
1.2.2 Classification for rock bursts 4
1.3 Rock burst mechanism—the theoretical exploration 6
1.3.1 Statistic analysis 6
1.3.2 Kinetics analysis 8
1.3.3 Criteria for rock bursts 9
1.4 Rock burst mechanism—the experimental investigation 11
1.5 Advances in physical simulation of rock bursts 13
References 15
2 Strainburst testing system and experimental methodology 23
2.1 Characteristics and evolutions of insitu rock bursts 23
2.1.1 Characteristics of insitu rock bursts in domestic and overseas 23
2.1.2 Evolution of strainburst problems 27
2.2 Design principles for strainburst testing system 28
2.2.1 Functions of strainburst testing system 28
2.2.2 Behaviour transition for surrounding rock mass 28
2.2.3 Physical model of the behaviour transition 30
2.3 Constitution for strainburst testing system 31
2.3.1 Overview 31
2.3.2 Experimental host system 33
2.3.3 Hydraulic pressure controlling system 34
2.3.4 Data acquisition system for forces and displacements 35
2.3.5 AE monitoring system 36
2.3.6 High speed digital recording system 40
2.4 Methodology of strainburst tests 41
2.4.1 Tests for physicalmechanical properties of rock specimen 41
2.4.2 Characteristics of stress paths for strainbursts 41
2.4.3 Experiment design for strainbursts 44
2.4.4 Testing procedure for strainbursts 49
References 50
3 Analyses for strainburst tests 53
3.1 Factors influencing strainbursts 53
3.1.1 Mineral composition of rock mass 53
3.1.2 Rock structure 54
3.1.3 Stress level 54
3.1.4 Machine stiffness 56
3.2 Analysis items for strainburst tests 57
3.3 Experiment results of strainbursts on rocks 58
3.3.1 Physicalmechanical prop