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地温梯度孕育的岩体热应力对岩爆预测的影响

蒙伟 何川 吴枋胤 陈子全 周子寒 寇昊

蒙伟, 何川, 吴枋胤, 陈子全, 周子寒, 寇昊. 地温梯度孕育的岩体热应力对岩爆预测的影响[J]. 西南交通大学学报, 2022, 57(4): 903-909. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200737
引用本文: 蒙伟, 何川, 吴枋胤, 陈子全, 周子寒, 寇昊. 地温梯度孕育的岩体热应力对岩爆预测的影响[J]. 西南交通大学学报, 2022, 57(4): 903-909. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200737
MENG Wei, HE Chuan, WU Fangyin, CHEN Ziquan, ZHOU Zihan, KOU Hao. Effects of Thermal Stress of Rock Masses Generated by Geothermal Gradient on Rockburst Prediction[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2022, 57(4): 903-909. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200737
Citation: MENG Wei, HE Chuan, WU Fangyin, CHEN Ziquan, ZHOU Zihan, KOU Hao. Effects of Thermal Stress of Rock Masses Generated by Geothermal Gradient on Rockburst Prediction[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2022, 57(4): 903-909. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200737

地温梯度孕育的岩体热应力对岩爆预测的影响

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200737
基金项目: 国家重点研发计划(2016YFC0802201);高铁联合基金重点项目(U1734205)
详细信息
    作者简介:

    蒙伟(1990—),男,博士研究生,研究方向为隧道与地下工程,E-mail:yelang123151@my.swjtu.edu.cn

    通讯作者:

    何川(1964—),男,教授,博士生导师,研究方向为隧道与地下工程,E-mail:Chuanhe21@163.com

  • 中图分类号: TU45

Effects of Thermal Stress of Rock Masses Generated by Geothermal Gradient on Rockburst Prediction

  • 摘要:

    为使在高地温环境下通过水压致裂获得的应力更加真实地预测岩爆,提出在岩爆预测过程中应考虑地温梯度孕育的岩体热应力. 结合弹性理论获得了在高地温环境下水压致裂的理论应力解;基于此理论应力解对圆形隧道进行了岩爆预测;应用岩体热应力公式对桑珠岭隧址区的岩爆进行了预测. 研究结果表明:在高地温环境下,恒定压力和水平主应力会增加约一倍的岩体热应力,裂隙重开压力会增加约两倍的岩体热应力,垂直应力不变;如果在高地温环境下直接采用水压致裂测得的应力进行岩爆预测,当水平原位地应力大于竖向原位地应力时,得到的岩爆等级偏高,当水平原位地应力在重力应力和竖向原位地应力之间时,得到的岩爆预测位置与实际不一致,当水平原位地应力小于重力应力时,得到的岩爆等级偏低;桑珠岭隧址区的岩体热应力约为重力应力的61%,若不考虑此热应力进行岩爆预测会导致严重的错误.

     

  • 图 1  水压致裂应力测量的力学模型

    Figure 1.  Mechanical model of hydraulic fracturing stress measurement

    图 2  垂直应力不考虑岩体热应力的圆形隧道计算模型

    Figure 2.  Calculated model of a circular tunnel that vertical stresses do not add the thermal stress of rock masses

    图 3  桑珠岭隧道概况

    Figure 3.  General situation of the Sangzhuling tunnel

    图 4  岩爆预测的模型边界

    Figure 4.  Model boundary for rockburst prediction

    图 5  切向应力云图

    Figure 5.  Nephogram of tangential stresses

    表  1  计算参数

    Table  1.   Calculation parameters

    参数数值单位
    弹性模量36GPa
    泊松比 v0.2
    重度$\gamma $26kN·m−3
    黏聚力15MPa
    内摩擦角50(°)
    热膨胀系数$\beta $8 × 10−6−1
    导热系数3.69W·(m·K)−1
    比热容630J·(kg·℃)−1
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-11-10
  • 修回日期:  2020-12-29
  • 刊出日期:  2021-01-06

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