Page 171 - 《爆炸与冲击》2025年第6期

第 45 卷 吝曼卿，等： 缓倾结构面岩体在梯度应力作用下的岩爆模型 第 6 期

is verified that the location of rockbursts in the specimens is mainly in the area between the structural planes of the specimens.

The infrared radiation values and DIC strain fields in this area are much higher than those in the rest of the unloading surface
before the damage. As the angle of the slow-dipping structural plane increases, the peak and cumulative acoustic emission
energy of the specimen increases, the proportion of shear damage to total damage produced increaces, intensity of rockburst
spawned increaces.
Keywords: rock-burst; slow-dipping structural planes; gradient stress; damage characteristic; acoustic emission; digital image
correlation

[1]
[2]
岩爆是地下工程开挖过程中经常面临的工程灾害 ，其发生由不同的物理机制控制 ，从而产生不
同的破坏特征。近年来，随着研究的不断深入，学者们逐渐认识到岩体结构面对岩爆的孕育机制和发生
烈度具有显著影响，且大多数岩爆的发生均与岩体结构面存在密切关系。工程实践 [3] 表明，含结构面岩
体岩爆发生的范围更广、频率更高、安全风险更大。因此，深入研究含结构面岩体的岩爆机制及破坏特
征，对于深埋地下工程岩爆灾害的防控和治理具有重要意义。
学者们在结构面对岩爆作用机制及破坏特征的影响方面开展了诸多研究工作。结构面倾角对于岩
爆的发生及烈度具有显著影响。周辉等 [4-6] 对现场岩爆事件进行了总结，发现不同结构面倾角在一定程
[7]
度上引起岩爆发生类型不同。Hu 等 统计了某隧道 40 起岩爆事件，发现岩体中的结构面与主应力的夹
角越小，越容易发生结构面滑移型岩爆。冯夏庭等 [8] 分析了锦屏二级电站现场岩爆事故，发现结构面倾
角（α）满足 0°≤α≤30°和 45°≤α≤90°时，发生岩爆的可能性很大，而 30°＜α＜45°时，基本不会产生岩

爆，岩爆爆坑边界形态也受围岩内结构面控制。Chen 等 [9] 对隧道页岩试件进行了单轴压缩试验，发现随
着结构面倾角的增大，缓倾层状页岩试件的破坏形式逐渐从张拉破坏转变为张剪复合破坏，且破坏程度
提高。Su 等 [10] 研究了单个小型结构面在三轴条件下的弱动力扰动破坏特征，结果表明，结构面倾角能
够显著影响岩爆发生的倾向性和烈度，暴露结构面倾角越大，岩爆强度和局部能量释放速率越高。李育
宗等 [11] 通过室内真三轴试验研究了不同结构面倾角及不同岩性下含结构面岩体的岩爆特征及破坏机
制，发现当结构面倾角较小时，含结构面围岩发生应变型劈裂破坏；结构面倾角较大时，岩体沿结构面剪
切滑移破坏。
上述研究丰富了结构面及其倾角对岩爆孕育机制影响的理解，但在这些岩爆试验中，岩体试件承受
的都是均布荷载，与实际地下开挖扰动导致围岩的梯度应力分布不符。夏元友等 [12] 、祝文化等 [13] 研究发
现，岩爆的发生与围岩所受梯度分布的切向应力密切相关。Liu 等 [14-15] 开展了不同梯度应力加载下的岩
爆模型试验，发现模拟岩爆的受力及破坏特征与实际工程中的岩爆过程相一致。鉴于此前针对缓倾结
构面岩体在梯度应力下的岩爆孕育机制及破坏模式的研究较少。本文中，针对深埋高应力含缓倾结构
面岩体岩爆的典型破坏模式，开展三向加载-单面卸载及梯度应力作用下的岩爆加卸载试验，借助数字图
像相关（digital image correlation，DIC）分析、声发射、红外、高速摄影等多种监测手段，可视化地研究含缓
倾硬性结构面岩体的岩爆特征与破坏过程，揭示含不同缓倾结构面岩体在梯度应力环境下的岩爆演化
特征及破坏机制，以期为深埋高应力地下工程灾害防控与治理提供参考。

1 试验设计

1.1 试验原理
采用三向加载-单面卸载的梯度应力岩爆试验装置开展含缓倾硬性结构面岩体的加卸载试验。该
装置预置了与水平方向形成缓倾角的暴露硬性结构面，试验原理如图 1 所示。试验过程中，采用 DIC 二
维应变监测、红外监测、声发射监测和高速摄影等手段，分析不同结构面倾角岩体孕育的岩爆特征与破
坏过程。

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