滑体变形功率理论作用机制。如图4.2所示，将条块i看作一个受力物体，它将受到来自条块i—1的条间力EAi的作用，由ENi、EAiWi的共同贡献而形成平衡。由图4.2和平衡公式均可看出，EAi越小，越有利于条块i的稳定，从而使条块i趋向具有最小势能。因此，EAi的极小值才是作用于条块i上的真正条间推力。若求出的ENi为负值，说明从第i条块开始无推力作用。......
2023-11-04
岩爆作用机制及加固技术
【摘要】：岩爆作用机制，有从其强度、能量、倾向、断裂损伤诸理论角度论述的多种[4]。同一时期，Dunk House给出了岩爆的能量平衡方程式，对释放和消耗的能量结构进行了分析。岩爆倾向理论作用机制。岩石本身的力学性质是发生岩爆的内因条件。表征岩石岩爆倾向的指标很多，其中常用的有以下几种。岩爆是一种脆性破坏，岩石的脆性一方面表现为破坏前总变形量很小；另一方面表现为抗拉强度比抗压强度小。
岩爆作用机制，有从其强度、能量、倾向、断裂损伤诸理论角度论述的多种[4]。
（1）岩爆强度理论作用机制。早期的强度理论着眼于岩体的破坏原因，认为地下厂房和隧道周围产生应力集中，当应力集中的程度达到矿岩强度极限时，岩层发生突然破坏，发生岩爆。近代强度理论认为：导致岩体承受的应力σ与其强度σ'的比值，即σ/σ'≥1时，导致岩爆发生。近代强度理论的表达式有多种，对各向同性岩石材料的破坏准则最有代表性的是Hoek和Brown于1980年提出的经验性强度准则：
式中 σ1——最大主应力，MPa；
σ3——最小主应力，MPa；
σc——完整岩石材料的单轴抗压强度，MPa；
m——常数，取决于岩石性质和承受破坏应力前已破坏的程度。
国内有代表性的强度理论判据是：
式中 σ——岩体的初始应力；
Rc——岩块的单轴抗压强度。
就强度理论而言，当满足上述条件时只表明岩石将发生破裂或破坏，但并未指出在什么条件下会发生猛裂破坏（即岩爆）。
（2）岩爆能量理论作用机制。20世纪60年代中期，库克等人在总结南非金矿岩爆研究成果的基础上提出了能量理论。他们指出：随着开挖范围的不断扩大，岩爆是由于岩体-围岩系统在其力学平衡状态破坏时，系统释放的能量大于岩体本身破坏所消耗的能量而引起的。这种理论较好地解释了地震和岩石抛出等动力现象。同一时期，Dunk House给出了岩爆的能量平衡方程式，对释放和消耗的能量结构进行了分析。随后，佩图霍夫也对库克等人的理论进行了补充和完善。1970年由G.Brauner等提出了能量率理论，即：
式中 α——围岩能量释放有效系数；
β——原岩能量释放有效系数；
ER——围岩所储存的能量，MJ；
EE——原岩储存的能量，MJ；
ED——消耗于原岩和围岩交界处矿体破坏阻力的能量，MJ。
（3）岩爆倾向理论作用机制。岩石本身的力学性质是发生岩爆的内因条件。用一个或一组与岩石本身性质有关的指标衡量矿岩的岩爆倾向强弱，这类理论就是所谓的岩爆倾向理论。表征岩石岩爆倾向的指标很多，其中常用的有以下几种。
1）弹性能量指数。将岩石试件加载到（0.7～0.8）Rb（岩石抗压强度），然后再卸载到0.05Rb时，卸载所释放的弹性应变能φsp与耗损的弹性应变能φst之比值，定义为弹性能量指数Wet，即Wet=φsp/φst用于判断和预测岩爆。弹性能量指数也称为冲击倾向指数，其值越大，破坏时释放的能量越大。
2）岩石冲击能指标。该指标由岩石的荷载—变形全图确定，其计算公式为：(www.chuimin.cn)
式中 Wcf——冲击能指标；
F1、F2——岩石的荷载—变形全图中以峰值荷载为界的左右部分曲线与变形坐标轴围成的面积。
3）岩石的脆性系数。岩爆是一种脆性破坏，岩石的脆性一方面表现为破坏前总变形量很小；另一方面表现为抗拉强度比抗压强度小。V.Hucka和B.Das提出岩石的脆性系数指标有两个：
式中 K1、K2——脆性系数；
σc、σt——岩石的抗压和抗拉强度，MPa；
φ——岩石内摩擦角，（°）。
王文星等人结合峰值前后的应变大小，提出新的岩石脆性系数计算公式：
式中 
、
——岩石在峰值荷载前后的平均应变；
、
——岩石的平均抗压强度和平均抗拉强度。
（4）断裂损伤理论作用机制。近年来，断裂力学和损伤力学的发展，对经典连续介质力学产生了巨大的影响，运用断裂力学和损伤力学分析岩石的强度可以比较实际地评价岩体的开裂和失稳。将断裂、损伤理论用于岩爆虽然是最近几年的事，但经过众多学者的努力已经取得了一定的成果。断裂理论实际上是结合失稳理论进行的，根据线性断裂力学，裂缝扩展条件相当于结构势能F=W-U出现驻值的情况。
式中 U——结构弹性能；
W——裂缝扩展所需能量；
a——裂缝长度的一半。
根据式（4.35）可得：
设dW/da=R，dU/da=G，G为裂缝尖端的弹性能释放率（裂缝驱动力），R为裂缝扩展面积上消耗的能量率（裂缝扩展阻力），根据失稳理论可得：
式（4.37）为裂缝扩展条件，断裂失稳的条件是：
损伤理论是通过建立岩石材料的损伤本构模型，把岩石的破坏过程看成岩石的损伤积累过程。损伤积累到一定程度，就出现了宏观裂纹，如此时损伤继续积累，就可能产生应变软化现象从而导致岩石储存应变能的能力降低，出现弹性应变能的释放，如多余能量向外部传递，就会引起岩爆。
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2023-11-04
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2023-11-04
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2023-11-04
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2023-11-04
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2023-11-04
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2023-11-04
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2023-11-04
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