JP5926854B2 - 模擬衝撃型岩ハネの実験方法 - Google Patents
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Description
S1:貫通孔または半分孔を有する岩石被検試料を製作するステップと、
S2:前記岩石被検試料に3方向の初期静荷重応力をロードして維持し、坑道掘削を行う場合に静荷重応力の作用を受ける状況を模擬するステップと、
S3:前記岩石被検試料に、1方向または2方向または3方向の外乱荷重を0.5〜10分間ロードして、岩石被検試料の貫通孔または半分孔の内表面に剥離現象が現れるか否かを観察し、ここで、外乱荷重は、掘削、爆破、地震または機械的振動の波形を模擬するためのものであるステップと、
S4:前記ステップS3の外乱荷重の作用の下で、孔の内表面に剥離現象が現れた場合、ステップS3における外乱荷重のローディング状態をさらに0.5−10分間維持して、岩石被検試料がさらに破壊されるか否かを観察し、岩石被検試料がさらに破壊されない場合、外乱荷重のローディングを停止し、岩石被検試料にロードされる1方向または2方向または3方向の静荷重応力値を向上して、上記ステップS2およびその以降の実験ステップを繰り返し、岩石被検試料が破壊の過程に入った場合、当該破壊の過程を観察して記録し、衝撃岩ハネ実験を終了するステップと、
S5:前記ステップS3の外乱荷重の作用の下で、岩石被検試料の孔の内表面に剥離現象が現れなかった場合、S3ステップにおける外乱荷重のローディング状態を2〜10分間維持して、岩石被検試料に剥離現象が現れるか否かを観察し、岩石被検試料の孔の内表面に剥離現象が現れた場合、上記ステップS4およびその以降の実験ステップを繰り返し、岩石被検試料の孔の内表面に剥離現象が現れなかった場合には、外乱荷重のローディングを停止し、且つ、岩石被検試料にロードされる1方向または2方向または3方向の静荷重応力値を向上して、上記ステップS2およびその以下の実験ステップを繰り返し、岩石被検試料が破壊の過程に入った場合、当該破壊の過程を観察して記録し、衝撃岩ハネ実験を終了するステップと、
を含む。
S1:貫通孔または半分孔を有する岩石被検試料を製作するステップと、
S2:前記岩石被検試料に3方向の初期静荷重応力をロードして維持し、坑道掘削を行う場合に静荷重応力の作用を受ける状況を模擬するステップと、
S3:前記岩石被検試料に、1方向または2方向または3方向の外乱荷重を0.5〜10分間ロードして、岩石被検試料の貫通孔または半分孔の内表面に剥離現象が現れるか否かを観察し、ここで、外乱荷重は、掘削、爆破、地震または機械的振動の波形を模擬するためのものであるステップと、
S4:前記ステップS3の外乱荷重の作用の下で、孔の内表面に剥離現象が現れた場合、ステップS3における外乱荷重のローディング状態をさらに0.5−10分間維持して、岩石被検試料がさらに破壊されるか否かを観察し、岩石被検試料がさらに破壊されない場合、外乱荷重のローディングを停止し、1方向または2方向または3方向の外乱荷重の強度値を向上して、上記ステップS3およびその以降の実験ステップを繰り返し、岩石被検試料が破壊の過程に入った場合、当該破壊の過程を観察して記録し、衝撃岩ハネ実験を終了するステップと、
S5:前記ステップS3の外乱荷重の作用の下で、岩石被検試料の孔の内表面に剥離現象が現れなかった場合、S3ステップにおける外乱荷重のローディング状態を2〜10分間維持して、岩石被検試料に剥離現象が現れるか否かを観察し、岩石被検試料の孔の内表面に剥離現象が現れた場合、上記ステップS4およびその以降の実験ステップを繰り返し、岩石被検試料の孔の内表面に剥離現象が現れなかった場合、外乱荷重のローディングを停止し、且つ、1方向または2方向または3方向の外乱荷重の強度値を向上して、上記ステップS3およびその以降の実験ステップを繰り返し、岩石被検試料が破壊の過程に入った場合、当該破壊の過程を観察して記録し、衝撃岩ハネ実験を終了するステップと
を含む。
前記ステップS1における岩石被検試料は、掘削しようとする現場の岩盤から収集される。
図1に示すように、本発明に係る模擬衝撃型岩ハネの実験方法の第1実施例は、以下のステップS1〜ステップS5を含む。
(1)現場の岩盤の配合比を模擬して、いくつかの5〜10mm厚さの石膏板、または3〜8mm厚さの樹脂板を製作し、且つ、風乾させる。(2)接着剤を用いて、風乾させたいくつかの石膏板または樹脂板を接着して積層体を形成し、風乾させる。(3)現場の岩盤の節理走向を模擬して、風乾させた石膏積層体を所望の寸法、例えば、160×160×160mmの立方体に切断し、且つ、中心線の位置に孔を加工して、節理構造を有する岩石被検試料を得る。このような節理構造を有する岩石被検試料は、掘削または爆破しようとする現場から採取し、再加工を行って形成したものであってもよい。
図3、図4A〜図4Fを参照する。上記の第1実施例の模擬衝撃型岩ハネの実験方法を用い、ここで、岩石被検試料は、掘削しようとする現場から収集された、110×110×110mm立方体形状の砂岩の岩盤であり、直径50mmの円形貫通孔を有している。当該岩石被検試料の一軸強度は、68MPaであり、ステップS2において、岩石被検試料にロードした3方向の初期静荷重応力は、それぞれ、X方向静荷重応力FXが30kN、Y方向静荷重応力FYが290kN、Z方向静荷重応力FZが50kNである。また、力のローディング形態を用いる場合、ローディング速度は0.5kN/sである。ステップS3における外乱荷重は、矩形波(波の振幅が0.1mmで、頻度が0.05HZ)であり、Y方向のみにおいて外乱を行い、外乱荷重を3分間印加する。岩石被検試料の貫通孔内に、剥離現象が現れなく、外乱を停止して、Y方向の静荷重応力を320kNに向上し、同じ種類の外乱荷重をかけて3分間観察する。岩石被検試料の貫通孔内に、未だ剥離現象が現れなく、外乱を停止して、さらにY方向静荷重応力を350kNに向上し、同じ種類の外乱荷重をかけたら、岩石被検試料の貫通孔内表面に剥離・割れ現象が現れることが観察され、同時に音が伴われた。当該荷重状態を3分間維持したら、割れは発展しなく、更なる破壊もなかった。外乱を停止して、Y方向静荷重応力を380kNに向上させ、同じ種類の外乱荷重をかけたら、岩石被検試料に、岩ハネ現象が激しく発生し、大きな音を伴って多量の砕屑片が噴出し、実験を停止した。
図6に示すように、本発明の模擬衝撃型岩ハネの実験方法の第2実施例のステップは、第1実施例のステップと基本的に同じであり、その相違点は、第1実施例のステップS4、S5において、岩石被検試料に岩ハネが発生しなかった場合に、岩石被検試料にロードする3方向の静荷重応力値を向上した後、その以降の実験ステップ(即ち、ステップS2およびその以降の実験ステップ)を繰り返しているが、第2実施例のステップS4、S5においては、岩石被検試料に岩ハネが発生しない場合、岩石被検試料にロードする外乱荷重を向上した後、その以降の実験ステップ(即ち、ステップS3およびその以降の実験ステップ)を繰り返して、最終的に岩ハネ現象を成功に誘導することにある。当該第2実施例のその他の部分は、第1実施例と同じであり、ここで、重複の説明を省略する。
図7を参照する。上記第2実施例の模擬衝撃型岩ハネの実験方法を用い、ここで、岩石被検試料は、掘削しようとする現場から収集された、110×110×110mm立方体形状の砂岩の岩盤であり、直径50mmの円形貫通孔を有しており、一軸強度は73MPaである。ステップS2において、岩石被検試料にロードする3方向の初期静荷重応力は、それぞれ、X方向静荷重応力FXが30kN、Y方向静荷重応力FYが350kN、Z方向静荷重応力FZが50kNである。力のローディング形態を用いる場合、ローディング速度は0.5kN/sであり、ステップS3における外乱荷重タは、矩形波(波の振幅は0.1mm、頻度は0.05HZ)であり、Y方向のみにおいて外乱をしている。外乱荷重を3分間印加したが、岩石被検試料の貫通孔内に剥離現象が現れなく、外乱を停止し、Y方向の外乱強度を向上させ、即ち、Y方向外乱荷重の波の振幅を0.2mmに向上し、頻度は0.05HZに維持したら、すぐに岩石被検試料の貫通孔内表面に剥離・割れ現象が現れ、同時に音が伴われた。当該荷重状態を3分間維持したが、割れがさらに発展しなく、岩石被検試料の貫通孔内に更なる破壊はなかった。外乱を停止し、再び外乱荷重の波の振幅を0.3mmに向上させ、頻度は0.05HZに維持したら、岩石被検試料に、すぐに岩ハネ現象が激しく発生し、大きな音を伴って多量の砕屑片が噴出され、実験を停止した。
Claims (16)
- 模擬衝撃型岩ハネの実験方法であって、
S1:貫通孔または半分孔を有する岩石被検試料を製作するステップと、
S2:前記岩石被検試料に3方向の初期静荷重応力をロードして維持し、坑道掘削を行う場合に静荷重応力の作用を受ける状況を模擬するステップと、
S3:前記岩石被検試料に、1方向または2方向または3方向の外乱荷重を0.5〜10分間ロードして、岩石被検試料の貫通孔または半分孔の内表面に剥離現象が現れるか否かを観察し、ここで、外乱荷重は、掘削、爆破、地震または機械的振動の波形を模擬するためのものであるステップと、
S4:前記ステップS3の外乱荷重の作用の下で、孔の内表面に剥離現象が現れた場合、ステップS3における外乱荷重のローディング状態をさらに0.5−10分間維持して、岩石被検試料がさらに破壊されるか否かを観察し、岩石被検試料がさらに破壊されない場合、外乱荷重のローディングを停止し、岩石被検試料にロードされる1方向または2方向または3方向の静荷重応力値を向上して、前記ステップS2およびその以降の実験ステップを繰り返し、岩石被検試料が破壊の過程に入った場合、当該破壊の過程を観察して記録し、衝撃岩ハネ実験を終了するステップと、
S5:前記ステップS3の外乱荷重の作用の下で、岩石被検試料の孔の内表面に剥離現象が現れなかった場合、S3ステップにおける外乱荷重のローディング状態を2〜10分間維持して、岩石被検試料に剥離現象が現れるか否かを観察し、岩石被検試料の孔の内表面に剥離現象が現れた場合、前記ステップS4およびその以降の実験ステップを繰り返し、岩石被検試料の孔の内表面に剥離現象が現れなかった場合には、外乱荷重のローディングを停止し、且つ、岩石被検試料にロードされる1方向または2方向または3方向の静荷重応力値を向上して、前記ステップS2およびその以下の実験ステップを繰り返し、岩石被検試料が破壊の過程に入った場合、当該破壊の過程を観察して記録し、衝撃岩ハネ実験を終了するステップと
を含むことを特徴とする模擬衝撃型岩ハネの実験方法。 - 前記ステップS1において、岩石被検試料は掘削しようとする現場の岩盤から収集されることを特徴とする請求項1に記載の模擬衝撃型岩ハネの実験方法。
- 前記ステップS4、S5において、岩石被検試料が破壊されておらず、外乱を停止した後、岩石被検試料にロードする1方向または2方向または3方向の静荷重応力値を向上し、その向上幅は前記ステップS3において岩石被検試料にロードした外乱荷重の強度であることを特徴とする請求項1に記載の模擬衝撃型岩ハネの実験方法。
- 前記ステップS2において、静荷重応力のローディング形態は、力のローディング形態、または変位のローディング形態であり、ここで、変位のローディング形態を用いる場合、ローディング速度は0.004〜0.2mm/sであり、力のローディング形態を用いる場合、ローディング速度は0.05〜2kN/sであることを特徴とする請求項1に記載の模擬衝撃型岩ハネの実験方法。
- 前記ステップS1において、前記岩石被検試料の貫通孔または半分孔の横断面は、円形、半円形、またはU字形であることを特徴とする請求項1に記載の模擬衝撃型岩ハネの実験方法。
- 前記ステップS1において、岩石被検試料は節理構造を有し、当該節理構造を有する岩石被検試料は、現場から採集して加工されたものであり、または以下の方法により製作されたものであることを特徴とする請求項1に記載の模擬衝撃型岩ハネの実験方法。
(1)いくつかの5〜10mm厚さの石膏板、または3〜8mm厚さの樹脂板を製作して風乾させ、
(2)接着剤を用いて、風乾された前記いくつかの石膏板または樹脂板を接着し、積層体を形成して風乾させ、
(3)節理の走向に従って、風乾された石膏積層体を所望の寸法に切断し、且つ、中心線の位置に孔を加工して、節理構造を有する岩石被検試料を得る。 - 前記ステップS3において、前記外乱荷重の外乱信号は、循環波外乱信号、単パルス外乱信号、ステップパルス外乱信号、ノイズ波外乱信号、または上記いずれかの循環波外乱信号とランプ波とを重ね合わせて形成した複合波外乱信号、または前記複合波外乱信号とノイズ波外乱信号とを重ね合わせて形成した重ね合わせ外乱信号を含むことを特徴とする請求項1記載の模擬衝撃型岩ハネの実験方法。
- さらに、録画ステップ及び/又は撮影ステップを含み、岩石被検試料の表面に現象が現れた場合、マイクロ型カメラを用いて破壊の過程を録画及び/又は撮影することを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の模擬衝撃型岩ハネの実験方法。
- 模擬衝撃型岩ハネの実験方法であって、
S1:貫通孔または半分孔を有する岩石被検試料を製作するステップと、
S2:前記岩石被検試料に3方向の初期静荷重応力をロードして維持し、坑道掘削を行う場合に静荷重応力の作用を受ける状況を模擬するステップと、
S3:前記岩石被検試料に、1方向または2方向または3方向の外乱荷重を0.5〜10分間ロードして、岩石被検試料の貫通孔または半分孔の内表面に剥離現象が現れるか否かを観察し、ここで、外乱荷重は、掘削、爆破、地震または機械的振動の波形を模擬するためのものであるステップと、
S4:前記ステップS3の外乱荷重の作用の下で、孔の内表面に剥離現象が現れた場合、ステップS3における外乱荷重のローディング状態をさらに0.5−10分間維持して、岩石被検試料がさらに破壊されるか否かを観察し、岩石被検試料がさらに破壊されない場合、外乱荷重のローディングを停止し、1方向または2方向または3方向の外乱荷重の強度値を向上して、前記ステップS3およびその以降の実験ステップを繰り返し、岩石被検試料が破壊の過程に入った場合、当該破壊の過程を観察して記録し、衝撃岩ハネ実験を終了するステップと、
S5:前記ステップS3の外乱荷重の作用の下で、岩石被検試料の孔の内表面に剥離現象が現れなかった場合、S3ステップにおける外乱荷重のローディング状態を2〜10分間維持して、岩石被検試料に剥離現象が現れるか否かを観察し、岩石被検試料の孔の内表面に剥離現象が現れた場合、前記ステップS4およびその以降の実験ステップを繰り返し、岩石被検試料の孔の内表面に剥離現象が現れなかった場合、外乱荷重のローディングを停止し、且つ、外乱荷重の強度値を向上して、前記ステップS3およびその以降の実験ステップを繰り返し、岩石被検試料が破壊の過程に入った場合、当該破壊の過程を観察して記録し、衝撃岩ハネ実験を終了するステップと
を含むことを特徴とする模擬衝撃型岩ハネの実験方法。 - 前記ステップS1において、岩石被検試料は、掘削しようとする現場の岩盤から収集されることを特徴とする、請求項9に記載の模擬衝撃型岩ハネの実験方法。
- 前記ステップS4、S5において、岩石被検試料が破壊されておらず、外乱を停止した後、岩石被検試料にロードする1方向または2方向または3方向の外乱荷重の強度値を向上し、その向上幅は前記ステップS3において岩石被検試料にロードした外乱荷重の強度であることを特徴とする請求項9に記載の模擬衝撃型岩ハネの実験方法。
- 前記ステップS2において、静荷重応力のローディング形態は、力のローディング形態、または変位のローディング形態であり、ここで、変位のローディング形態を用いる場合、ローディング速度は0.004〜0.2mm/sであり、力のローディング形態を用いる場合、ローディング速度は0.05〜2kN/sであることを特徴とする、請求項9に記載の模擬衝撃型岩ハネの実験方法。
- 前記ステップS1において、岩石被検試料の貫通孔または半分孔の横断面は、円形、半円形、またはU字形であることを特徴とする請求項9に記載の模擬衝撃型岩ハネの実験方法。
- 前記ステップS1において、岩石被検試料は節理構造を有し、当該節理構造を有する岩石被検試料は、現場から採集して加工されたものであり、または以下の方法により製作されたものであることを特徴とする請求項9に記載の模擬衝撃型岩ハネの実験方法。
(1)いくつかの5〜10mm厚さの石膏板、または3〜8mm厚さの樹脂板を製作して風乾させ、
(2)接着剤を用いて、風乾された前記いくつかの石膏板または樹脂板を接着し、積層体を形成して風乾させ、
(3)節理の走向に従って、風乾された石膏積層体を所望の寸法に切断し、且つ、中心線の位置に孔を加工して、節理構造を有する岩石被検試料を得る。 - 前記ステップS3において、前記外乱荷重の外乱信号は、循環波外乱信号、単パルス外乱信号、ステップパルス外乱信号、ノイズ波外乱信号、または上記いずれかの循環波外乱信号とランプ波とを重ね合わせて形成した複合波外乱信号、または前記複合波外乱信号とノイズ波外乱信号とを重ね合わせて形成した重ね合わせ外乱信号を含むことを特徴とする請求項9に記載の模擬衝撃型岩ハネの実験方法。
- さらに、録画ステップ及び/又は撮影ステップを含み、岩石被検試料の表面に現象が現れた場合、マイクロ型カメラを用いて破壊の過程を録画及び/又は撮影することを特徴とする、請求項9〜15のいずれか1項に記載の模擬衝撃型岩ハネの実験方法。
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