CN116205089B - 岩爆控制及设计方法 - Google Patents

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CN116205089B CN202310494561.0A CN202310494561A CN116205089B CN 116205089 B CN116205089 B CN 116205089B CN 202310494561 A CN202310494561 A CN 202310494561A CN 116205089 B CN116205089 B CN 116205089B
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Abstract

本申请涉及一种岩爆控制及设计方法。本申请涉及隧道与地下硐室围岩控制技术领域。方法包括：通过传统工程现场测量法测量工程现场中的待测岩体的应力状态，建立岩体开挖补偿模型；根据所述岩体开挖补偿模型，确定待选强度支护参数；通过单轴压缩试验和真三轴岩爆试验，确定所述待测岩体对应的岩爆释放能量；根据所述岩爆释放能量和所述待选强度支护参数，确定所述待测岩体的目标支护参数。采用本申请可以对岩爆控制效果进行评价，并实时进行岩爆预警和动态优化支护参数。

Description

岩爆控制及设计方法
技术领域
本申请涉及隧道与地下硐室围岩控制技术领域，特别是涉及一种岩爆控制及设计方法。
背景技术
目前，在深部地下工程中，因高应力、强扰动等外部影响下，经常会遇到具有突发性破坏特征的动力破坏现场，即岩爆。岩爆是岩体沿开挖卸荷面瞬时释放大量能量的非线性动力现象。岩爆因具有突发性、破坏性、不可预测性等特点，已成为严重的生产安全灾害。且岩爆发生时，大小不同的颗粒、碎片和岩体等会以较高速度向地下空间弹射或抛掷，常常给生产造成损失，对人员安全造成威胁。
因此，亟需一种岩爆控制及设计方法，以对岩爆进行预警和动态优化现场支护构件参数。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种岩爆控制及设计方法，所述方法包括：
通过传统工程现场测量法测量工程现场中的待测岩体的应力状态，建立岩体开挖补偿模型；
根据所述岩体开挖补偿模型，确定待选强度支护参数；
通过单轴压缩试验和真三轴岩爆试验，确定所述待测岩体对应的岩爆释放能量；
根据所述岩爆释放能量和所述待选强度支护参数，确定所述待测岩体的目标支护参数。
作为一种可选地实施方式，所述传统工程现场测量法包括直接测量法和间接测量法，其中，所述直接测量法包括扁千斤顶法、刚性包体应力记法、水压致裂法和声发射法中的一种或多种，所述间接测量法包括应力解除法、孔径变形法、孔壁应变法和空心包体法中的一种或多种，所述通过传统工程现场测量法测量工程现场中的待测岩体的应力状态，建立岩体开挖补偿模型，包括：
通过传统工程现场测量法，确定工程现场中所述待测岩体的任意方向的第一应力、第二应力和第三应力；
根据所述第一应力、所述第二应力和所述第三应力，确定所述待测岩体的最大主应力、中主应力和最小主应力；
根据所述最大主应力、所述中主应力与所述最小主应力，建立所述待测岩体的岩体开挖补偿模型。
作为一种可选地实施方式，所述根据所述岩体开挖补偿模型，确定待选强度支护参数，包括：
按照不同支护强度设置若干组待试验支护参数；
针对每组待试验支护参数，将所述待试验支护参数输入所述岩体开挖补偿模型；
如果所述岩体开挖补偿模型中的强度曲线不超过强度包络线，则将所述待试验支护参数，确定为所述待选强度支护参数。
作为一种可选地实施方式，所述通过单轴压缩试验和真三轴岩爆试验，确定所述待测岩体对应的岩爆释放能量，包括：
将从工程现场采集的待测岩体制成第一岩体试件，对所述第一岩体试件进行单轴压缩试验，确定所述第一岩体试件的破坏应变对应的单轴破坏总能量；
将从所述工程现场采集的待测岩体制成第二岩体试件，对所述第二岩体试件进行真三轴岩爆试验，将所述第一岩体试件的破坏应变确定为所述第二岩体试件的岩爆应变，并确定所述第二岩体试件的岩爆应变对应的岩爆发生总能量；
根据所述岩爆发生总能量和所述单轴破坏总能量，确定所述待测岩体对应的岩爆释放能量。
作为一种可选地实施方式，所述将从工程现场采集的待测岩体制成第一岩体试件，对所述第一岩体试件进行单轴压缩试验，确定所述第一岩体试件的破坏应变对应的单轴破坏总能量，包括：
获取所述第一岩体试件的破坏应变和单轴压缩曲线；
根据所述破坏应变和所述单轴压缩曲线，确定所述单轴破坏总能量。
作为一种可选地实施方式，所述根据所述破坏应变和所述单轴压缩曲线，确定所述单轴破坏总能量的公式为：
；
其中，E C 为单轴破坏总能量，σ为单轴压缩试验中岩体应力，ε为单轴压缩试验中岩体应变，ε C 为破坏应变。
作为一种可选地实施方式，所述将从所述工程现场采集的待测岩体制成第二岩体试件，对所述第二岩体试件进行真三轴岩爆试验，将所述第一岩体试件的破坏应变确定为所述第二岩体试件的岩爆应变，并确定所述第二岩体试件的岩爆应变对应的岩爆发生总能量，包括：
获取所述第二岩体试件在所述真三轴岩爆试验中的岩爆峰值应力；
根据所述岩爆应变和所述岩爆峰值应力，确定所述岩爆发生总能量。
作为一种可选地实施方式，所述根据所述岩爆应变和所述岩爆峰值应力，确定所述岩爆发生总能量的公式为：
；
其中，E R 为岩爆发生总能量，σ R 为岩爆峰值应力，ε R 为岩爆应变。
作为一种可选地实施方式，所述根据所述单轴破坏总能量和所述岩爆发生总能量，确定所述待测岩体对应的岩爆释放能量的公式为：
；
其中，ΔE为岩爆释放能量，E R 为岩爆发生总能量，E C 为单轴破坏总能量。
作为一种可选地实施方式，所述目标支护参数包括支护构件类型、数量和密度，所述支护构件类型包括高强恒阻吸能锚杆、高强恒阻吸能锚索、高强恒阻吸能液压支架、高强恒阻吸能液压支柱和柔性网中的一种或多种，所述根据所述岩爆释放能量和所述待选强度支护参数，确定所述待测岩体的目标支护参数，包括：
获取每组待选强度支护参数对应的待选吸能值；
如果所述待选吸能值大于所述岩爆释放能量，则将所述待选吸能值对应的待选强度支护参数，确定为目标支护参数。
本申请提供了一种岩爆控制及设计方法，本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：通过传统工程现场测量法测量工程现场中的待测岩体的应力状态，建立岩体开挖补偿模型；根据所述岩体开挖补偿模型，确定待选强度支护参数；通过单轴压缩试验和真三轴岩爆试验，确定所述待测岩体对应的岩爆释放能量；根据所述岩爆释放能量和所述待选强度支护参数，确定所述待测岩体的目标支护参数。本申请分别从强度和能量两个角度，确定工程现场中待测岩体的目标支护参数，以对岩爆控制效果进行评价，并根据现场监测结果实时岩爆预警和动态优化现场支护参数，能够降低或避免岩爆发生风险，保证施工安全。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种岩爆控制及设计方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的一种建立岩体开挖补偿模型的方法的流程图；
图3为本申请实施例提供的一种确定待选强度支护参数的方法的流程图；
图4为本申请实施例提供的一种确定岩爆释放能量的方法的流程图；
图5为本申请实施例提供的一种确定单轴破坏总能量的方法的流程图；
图6为本申请实施例提供的一种确定岩爆发生总能量的方法的流程图；
图7为本申请实施例提供的一种确定目标支护参数的方法的流程图；
图8a为本申请实施例提供的一种原岩应力状态曲线的示意图；
图8b为本申请实施例提供的一种模拟开挖效应的示意图；
图8c为本申请实施例提供的一种模拟开挖补偿效应的示意图；
图9a为本申请实施例提供的一种单轴压缩曲线的示意图；
图9b为本申请实施例提供的一种岩爆曲线的示意图；
图9c为本申请实施例提供的一种爆释放能量的示意图；
图10为本申请实施例提供的一种岩爆控制及设计方法的示例的流程图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
下面将结合具体实施方式，对本申请实施例提供的一种岩爆控制及设计方法进行详细的说明，图1为本申请实施例提供的一种岩爆控制及设计方法的流程图，如图1所示，具体步骤如下：
步骤101，通过传统工程现场测量法测量工程现场中的待测岩体的应力状态，建立岩体开挖补偿模型。
在实施中，通过传统工程现场测量法测量工程现场中的待测岩体的应力状态，建立岩体开挖补偿模型。
可选地，传统工程现场测量法包括直接测量法和间接测量法，其中，直接测量法包括扁千斤顶法、刚性包体应力记法、水压致裂法和声发射法中的一种或多种，间接测量法包括应力解除法、孔径变形法、孔壁应变法和空心包体法中的一种或多种。
可选地，图2为本申请实施例提供的一种建立岩体开挖补偿模型的方法的流程图，如图2所示，步骤101中通过传统工程现场测量法测量工程现场中的待测岩体的应力状态，建立岩体开挖补偿模型的具体步骤如下，包括：
步骤201，通过传统工程现场测量法，确定工程现场中待测岩体的任意方向的第一应力、第二应力和第三应力。
在实施中，通过传统工程现场测量法，测量待测岩体任意方向的第一应力、第二应力和第三应力，通常测X、Y和Z三个方向的三个应力，以便在三维直角坐标系中进行受力分析。具体测量方法可以为：通过外部载荷条件，进行受力分析，计算出待测岩体承受内力的大小和方向，对应的笛卡尔坐标系下的三个方向上的应力即可求得。
步骤202，根据第一应力、第二应力和第三应力，确定待测岩体的最大主应力、中主应力和最小主应力。
在实施中，根据第一应力、第二应力和第三应力，可以确定待测岩体的最大主应力、中主应力和最小主应力，具体计算方法为：通过笛卡尔坐标系下的一般应力，求出其斜面上的法向应力和切向应力，在待测岩体内假定斜面的面积为dA，θ角为（斜面倾角）任意角，对斜面进行受力分析，由于应力乘以相应的面积等于力，基于平衡关系，各方向的合力为0，进而确定主平面位置，即可确定最大主应力、中主应力和最小主应力。
步骤203，根据最大主应力、中主应力与最小主应力，建立待测岩体的岩体开挖补偿模型。
在实施中，图8a为本申请实施例提供的一种原岩应力状态曲线的示意图，图8b为本申请实施例提供的一种模拟开挖效应的示意图，图8c为本申请实施例提供的一种模拟开挖补偿效应的示意图。根据最大主应力、中主应力与最小主应力，建立待测岩体的岩体开挖补偿模型，如图8a所示，原岩应力的应力曲线未超过上方的强度包络线，处于应力稳定的状态。硐室开挖后，临空面应力卸荷，临空面应力降低为0，如图8b所示，临空面应力（最小主应力）σ3降为σ31（如σ31=0），为开挖效应-Ⅰ。由于切向应力积聚， σ1增大至σ11，为开挖效应-Ⅱ，待测岩体的应力曲线超过强度包络线，可能导致岩爆发生。但是，如果开挖后，及时对临空面施加高预应力（如设置支护构件对临空面进行高强支护），如图8c所示，临空面获得应力补偿，最小主应力σ3从0增加至σ32，为开挖补偿效应-Ⅰ。而最大主应力σ1增加至σ12，为开挖补偿效应-Ⅱ。其中，σ12小于σ11，说明在未施加高预应力和施加高预应力两种情况下，最大主应力的增加量降低，待测岩体的应力曲线不超过强度包络线，回到应力稳定状态。
步骤102，根据岩体开挖补偿模型，确定待选强度支护参数。
在实施中，根据岩体开挖补偿模型，确定待选强度支护参数。
可选地，图3为本申请实施例提供的一种确定待选强度支护参数的方法的流程图，如图3所示，步骤102中，根据岩体开挖补偿模型，确定待选强度支护参数的具体步骤如下：
步骤301，按照不同支护强度设置若干组待试验支护参数。
在实施中，支护参数可以包括支护构件类型、密度和数量，支护构件类型可以包括高强恒阻吸能锚杆、高强恒阻吸能锚索、高强恒阻吸能液压支架、高强恒阻吸能液压支柱和柔性网中的一种或多种。技术人员按照不同支护强度设置若干组待试验支护参数。表一为本申请实施例提供的一种待试验支护参数的示例表，如表一所示（以高强恒阻吸能锚杆和柔性网为例）：
表一
步骤302，针对每组待试验支护参数，将待试验支护参数输入岩体开挖补偿模型。
在实施中，针对每组待试验支护参数，技术人员将待试验支护参数输入如图8c所示的岩体开挖补偿模型。
步骤303，如果岩体开挖补偿模型中的强度曲线不超过强度包络线，则将待试验支护参数，确定为待选强度支护参数。
在实施中，岩体开挖补偿模型可以模拟待测岩体的应力变化，如图8a所示，待测岩体处于应力稳定状态，每两个应力之间有一条强度曲线，其中最大的弧线对应的强度曲线未超过强度包络线（图中的斜线），说明应力稳定。如果开挖后，不进行支护，如图8b所示，强度曲线可能向左移动，并超出上方的强度包络线。输入待试验支护参数后，相当于在待测岩体的开挖面增加支护构件，如图8c所示，强度曲线会向右移动，并回到强度包络线之下，从而回到应力稳定状态。
步骤103，通过单轴压缩试验和真三轴岩爆试验，确定待测岩体对应的岩爆释放能量。
在实施中，通过单轴压缩试验和真三轴岩爆试验，确定待测岩体对应的岩爆释放能量。
可选地，图4为本申请实施例提供的一种确定岩爆释放能量的方法的流程图，如图4所示，步骤103中通过单轴压缩试验和真三轴岩爆试验，确定待测岩体对应的岩爆释放能量的具体步骤如下：
步骤401，将从工程现场采集的待测岩体制成第一岩体试件，对第一岩体试件进行单轴压缩试验，确定第一岩体试件的破坏应变对应的单轴破坏总能量。
在实施中，技术人员从工程现场采集待测岩体，并制成第一岩体试件，针对单轴压缩试验，第一岩体试件可以制成直径和高分别为100mm和200mm的圆柱体试件。单轴压缩试验为在第一岩体试件上切出狭槽，在狭槽内埋入钢枕，通过钢枕对第二岩体试件加压，测定第一岩体试件的应变，并按弹性力学单向受压公式计算出应力和应变。
可选地，图5为本申请实施例提供的一种确定单轴破坏总能量的方法的流程图，如图5所示，步骤401中将从工程现场采集的待测岩体制成第一岩体试件，对第一岩体试件进行单轴压缩试验，确定第一岩体试件的破坏应变对应的单轴破坏总能量的具体步骤如下：
步骤501，获取第一岩体试件的破坏应变和单轴压缩曲线。
在实施中，图9a为本申请实施例提供的一种单轴压缩曲线的示意图，如图9a所示，横坐标为第一岩体试件在单轴压缩试验过程中的应变，纵坐标为应力。
步骤502，根据破坏应变和单轴压缩曲线，确定单轴破坏总能量。
在实施中，根据破坏应变和单轴压缩曲线，确定单轴破坏总能量，具体为计算破坏应变和单轴压缩曲线围成的面积。
可选地，步骤502中根据破坏应变和单轴压缩曲线，确定单轴破坏总能量的公式为：
；
其中，E C 为单轴破坏总能量，σ为单轴压缩试验中岩体应力，ε为单轴压缩试验中岩体应变，ε C 为破坏应变。
步骤402，将从工程现场采集的待测岩体制成第二岩体试件，对第二岩体试件进行真三轴岩爆试验，将第一岩体试件的破坏应变确定为第二岩体试件的岩爆应变，并确定第二岩体试件的岩爆应变对应的岩爆发生总能量。
在实施中，技术人员从工程现场采集待测岩体，并制成第二岩体试件，针对真三轴岩爆试验，第二岩体试件可以制成边长100mm×100mm×200mm的长方体试件。真三轴岩爆试验是使第一岩体试件处于第一应力、第二应力和第三应力状态下的三轴压缩试验，可以模拟实际工程中岩体的开挖效应以及增设支护构件后的开挖补偿效应。
可选地，图6为本申请实施例提供的一种确定岩爆发生总能量的方法的流程图，如图6所示，步骤402中将从工程现场采集的待测岩体制成第二岩体试件，对第二岩体试件进行真三轴岩爆试验，将第一岩体试件的破坏应变确定为第二岩体试件的岩爆应变，并确定第二岩体试件的岩爆应变对应的岩爆发生总能量的具体步骤如下：
步骤601，获取第二岩体试件在真三轴岩爆试验中的岩爆峰值应力。
在实施中，由于单轴压缩试验的破坏应变很容易测得，但是真三轴岩爆试验过程中的岩爆应变受到三个应力方向应变的影响，因此确定出的应力应变曲线无法在平面坐标系中表示。因此，本申请实施例中，假定第一岩体试件的破坏应变等于第二岩体试件的岩爆应变。获取第二岩体试件在真三轴岩爆试验中的岩爆峰值应力后，根据岩爆应变和岩爆峰值应力，可以确定横坐标为应变、纵坐标为应力，并经过坐标原点的岩爆曲线。图9b为本申请实施例提供的一种岩爆曲线的示意图，如图9b所示，横坐标为第二岩体试件在真三轴岩爆试验过程中的应变，纵轴为应力。
步骤602，根据岩爆应变和岩爆峰值应力，确定岩爆发生总能量。
在实施中，可以根据岩爆应变和岩爆峰值应力，确定岩爆发生总能量。具体为计算岩爆应变、岩爆曲线和岩爆峰值应力三者围成三角形的面积。
可选地，步骤602中根据岩爆应变和岩爆峰值应力，确定岩爆发生总能量的公式为：
；
其中，E R 为岩爆发生总能量，σ R 为岩爆峰值应力，ε R 为岩爆应变。
步骤403，根据岩爆发生总能量和单轴破坏总能量，确定待测岩体对应的岩爆释放能量。
在实施中，图9c为本申请实施例提供的一种岩爆释放能量的示意图，如图9c所示，岩爆发生总能量和单轴破坏总能量的差集为待测岩体的多余能量，也即岩爆释放能量。
可选地，步骤403中根据单轴破坏总能量和岩爆发生总能量，确定待测岩体对应的岩爆释放能量的公式为：
；
其中，ΔE为岩爆释放能量，E R 为岩爆发生总能量，E C 为单轴破坏总能量。
步骤104，根据岩爆释放能量和待选强度支护参数，确定待测岩体的目标支护参数。
在实施中，根据岩爆释放能量和待选强度支护参数，确定待测岩体的目标支护参数。
可选地，目标支护参数包括支护构件类型、数量和密度，支护构件类型包括高强恒阻吸能锚杆、高强恒阻吸能锚索、高强恒阻吸能液压支架、高强恒阻吸能液压支柱和柔性网中的一种或多种。
可选地，图7为本申请实施例提供的一种确定目标支护参数的方法的流程图，如图7所示，步骤104中根据岩爆释放能量和待选强度支护参数，确定待测岩体的目标支护参数的具体步骤如下：
步骤701，获取每组待选强度支护参数对应的待选吸能值。
在实施中，计算机获取每组待选强度支护参数对应的待选吸能值。例如待选强度支护参数有三组，分别为A组：高强恒阻吸能锚杆，支护密度为每单位面积3根；B组：高强恒阻吸能锚杆，支护密度为每单位面积4根；C组：高强恒阻吸能锚杆，支护密度为每单位面积5根。计算出每组的待选吸能值可以为每根锚杆的吸能值的和。假设三组的计算结果分别为QA、QB和QC。
步骤702，如果待选吸能值大于岩爆释放能量，则将待选吸能值对应的待选强度支护参数，确定为目标支护参数。
在实施中，假设步骤403中计算出的岩爆释放能量为Q0，当吸能值大于岩爆释放的能量Q0时，才能达到支护吸能的效果。因此，如果待选吸能值大于岩爆释放能量，如QA大于Q0，则将待选吸能值对应的待选强度支护参数（A组），确定为目标支护参数。
可选地，在真三轴岩爆试验过程中，还可以设置多目高速摄像系统，对待测岩体喷射的碎屑进行全方位记录，根据碎屑粒径大小及崩射距离、速度等，确定岩体破坏形态与破坏烈度。技术人员还可以在计算机中预设碎屑粒径阈值、崩射距离阈值和崩射速度阈值等参考值，并设计若干组由高强恒阻吸能支护构件数量、间距、排布预计柔性网的增设等组成的支护参数。如果按照该支护参数设置支护构件后，在试验过程中产生的碎屑粒径大小、崩射距离和速度等参数不满足预设的碎屑粒径阈值、崩射距离阈值和崩射速度阈值等参考值，则该组支护参数不满足支护条件。
可选地，图10为本申请实施例提供的一种岩爆控制及设计方法的示例的流程图，如图10所示，具体方法如下：
本申请实施例提供的岩爆控制及设计方法包括两方面的内容，其中：
第一方面为强度支护设计，包括：通过直接测量法和间接测量法等现场测量法明确待测岩体的应力状态，建立岩体开挖补偿模型。然后，对支护构件进行组合，将每组支护构件的组合输入岩体开挖补偿模型，如果岩体开挖补偿模型中的强度曲线不超过强度包络线，则该支护构件组合对应的支护参数为待选强度支护参数。
第二方面为能量支护设计，包括：通过单轴压缩试验和真三轴岩爆试验，确定待测岩体对应的岩爆释放能量。然后可以对支护构件进行组合，并计算每组支护构件的吸能值，如果吸能值大于岩爆释放能量，则该支护构件组合的支护参数为待选能量支护参数。
对第一方面确定的待选强度支护参数和第二方面确定的待选能量支护参数，进行强度和能量综合支护设计，确定同时满足强度支护和能量支护的目标支护参数，并进行岩爆支护控制现场应用。也可以直接计算第一方面的待选强度支护参数的吸能值，如果大于岩爆释放能量，则该组待选强度支护参数满足能量支护设计要求，可以将该组待选强度支护参数确定为目标支护参数。
在应用过程中，从支护受力监测、支护变形监测、围岩变形监测和支护能量监测四个方面，进行反馈，及时优化岩爆控制及设计方法。
本申请实施例提供了一种岩爆控制及设计方法，本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：通过传统工程现场测量法测量工程现场中的待测岩体的应力状态，建立岩体开挖补偿模型；根据岩体开挖补偿模型，确定待选强度支护参数；通过单轴压缩试验和真三轴岩爆试验，确定待测岩体对应的岩爆释放能量；根据岩爆释放能量和待选强度支护参数，确定待测岩体的目标支护参数。本申请分别从强度和能量两个角度，确定工程现场中待测岩体的目标支护参数，以对岩爆控制效果进行评价，并根据现场监测结果实时岩爆预警和动态优化现场支护参数，能够降低或避免岩爆发生风险，保证施工安全。
应该理解的是，虽然图1至图7和图10的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1至图7和图10中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
可以理解的是，本说明书中上述方法的各个实施例之间相同/相似的部分可互相参见，每个实施例重点说明的是与其他实施例的不同之处，相关之处参见其他方法实施例的说明即可。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink）DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
还需要说明的是，本申请所涉及的用户信息（包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等）和数据（包括但不限于用于展示的数据、分析的数据等），均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种岩爆控制及设计方法，其特征在于，所述方法包括：
通过传统工程现场测量法测量工程现场中的待测岩体的应力状态，建立岩体开挖补偿模型；
根据所述岩体开挖补偿模型，确定待选强度支护参数；
通过单轴压缩试验和真三轴岩爆试验，确定所述待测岩体对应的岩爆释放能量；
根据所述岩爆释放能量和所述待选强度支护参数，确定所述待测岩体的目标支护参数；
所述通过单轴压缩试验和真三轴岩爆试验，确定所述待测岩体对应的岩爆释放能量，包括：
将从工程现场采集的待测岩体制成第一岩体试件，对所述第一岩体试件进行单轴压缩试验，确定所述第一岩体试件的破坏应变对应的单轴破坏总能量；
将从所述工程现场采集的待测岩体制成第二岩体试件，对所述第二岩体试件进行真三轴岩爆试验，将所述第一岩体试件的破坏应变确定为所述第二岩体试件的岩爆应变，并确定所述第二岩体试件的岩爆应变对应的岩爆发生总能量；
根据所述岩爆发生总能量和所述单轴破坏总能量，确定所述待测岩体对应的岩爆释放能量；
所述将从工程现场采集的待测岩体制成第一岩体试件，对所述第一岩体试件进行单轴压缩试验，确定所述第一岩体试件的破坏应变对应的单轴破坏总能量，包括：
获取所述第一岩体试件的破坏应变和单轴压缩曲线；
根据所述破坏应变和所述单轴压缩曲线，确定所述单轴破坏总能量；
所述根据所述破坏应变和所述单轴压缩曲线，确定所述单轴破坏总能量的公式为：
；
其中，E C 为单轴破坏总能量，σ为单轴压缩试验中岩体应力，ε为单轴压缩试验中岩体应变，ε C 为破坏应变；
所述将从所述工程现场采集的待测岩体制成第二岩体试件，对所述第二岩体试件进行真三轴岩爆试验，将所述第一岩体试件的破坏应变确定为所述第二岩体试件的岩爆应变，并确定所述第二岩体试件的岩爆应变对应的岩爆发生总能量，包括：
获取所述第二岩体试件在所述真三轴岩爆试验中的岩爆峰值应力；
根据所述岩爆应变和所述岩爆峰值应力，确定所述岩爆发生总能量；
所述根据所述岩爆应变和所述岩爆峰值应力，确定所述岩爆发生总能量的公式为：
；
其中，E R 为岩爆发生总能量，σ R 为岩爆峰值应力，ε R 为岩爆应变；
所述根据所述单轴破坏总能量和所述岩爆发生总能量，确定所述待测岩体对应的岩爆释放能量的公式为：
；
其中，ΔE为岩爆释放能量，E R 为岩爆发生总能量，E C 为单轴破坏总能量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传统工程现场测量法包括直接测量法和间接测量法，其中，所述直接测量法包括扁千斤顶法、刚性包体应力记法、水压致裂法和声发射法中的一种或多种，所述间接测量法包括应力解除法、孔径变形法、孔壁应变法和空心包体法中的一种或多种，所述通过传统工程现场测量法测量工程现场中的待测岩体的应力状态，建立岩体开挖补偿模型，包括：
通过传统工程现场测量法，确定工程现场中所述待测岩体的任意方向的第一应力、第二应力和第三应力；
根据所述第一应力、所述第二应力和所述第三应力，确定所述待测岩体的最大主应力、中主应力和最小主应力；
根据所述最大主应力、所述中主应力与所述最小主应力，建立所述待测岩体的岩体开挖补偿模型。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述岩体开挖补偿模型，确定待选强度支护参数，包括：
按照不同支护强度设置若干组待试验支护参数；
针对每组待试验支护参数，将所述待试验支护参数输入所述岩体开挖补偿模型；
如果所述岩体开挖补偿模型中的强度曲线不超过强度包络线，则将所述待试验支护参数，确定为所述待选强度支护参数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标支护参数包括支护构件类型、数量和密度，所述支护构件类型包括高强恒阻吸能锚杆、高强恒阻吸能锚索、高强恒阻吸能液压支架、高强恒阻吸能液压支柱和柔性网中的一种或多种，所述根据所述岩爆释放能量和所述待选强度支护参数，确定所述待测岩体的目标支护参数，包括：
获取每组待选强度支护参数对应的待选吸能值；
如果所述待选吸能值大于所述岩爆释放能量，则将所述待选吸能值对应的待选强度支护参数，确定为目标支护参数。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116499879B (zh) * 2023-06-26 2023-09-05 中国矿业大学(北京) 地下工程围岩能量测试与岩爆吸能控制方法
CN116502037B (zh) * 2023-06-28 2023-10-13 中国矿业大学(北京) 获取岩爆碎屑转动动能和弹射动能的方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU947421A1 (ru) * 1980-01-18 1982-07-30 Московский Ордена Трудового Красного Знамени Горный Институт Способ контрол напр женного состо ни массива горных пород
CN109184793B (zh) * 2018-08-29 2020-02-07 东北大学 一种在地下工程开挖过程进行锚杆防岩爆能力现场测试的方法
CN114969902B (zh) * 2022-03-04 2024-06-25 西南交通大学 一种高原铁路高地应力硬岩隧道主动支护设计方法
CN114483024B (zh) * 2022-04-18 2022-07-15 中国矿业大学(北京) 岩爆等级原位评价与控制设计方法
CN115618526B (zh) * 2022-11-15 2023-03-28 中国矿业大学(北京) 岩爆能量原位测试与评价方法
CN115577567B (zh) * 2022-11-15 2023-04-14 中国矿业大学(北京) 深部地下工程岩爆防治方法和系统

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