Page 173 - 《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

(1) 岩爆模拟装置
试验采用自主研发的 YB-A 气液复合型岩爆试验装置，该装置由电机、液压控制系统、气压控制系
统组成。顶部最大加载能力为 20 MPa，可对模型进行分级梯度加载，主机右侧及后侧安装有均布应力加
载器，最大加载能力为 5 MPa，可以实现三维围压加载。该主机前端门板带有限位功能，可精确限位以及
开门卸载，从而模拟岩体在高地应力条件下因开挖作业引起的单面应力释放过程。
(2) 声发射监测模块
采用 PXDAE-4F 声发射系统。四通道高精度采集器采样频率为 1 MHz，最高采样率为 2.5 MHz，采
集阈值为 40 dB。
(3) 红外热像监测模块
采用自主研发的 DMYB-03 手持岩爆检测仪。光谱范围介于 8～14 µm，温度灵敏度为 0.05 ℃，能够
实现目标区域的框选和高低温处的追踪功能。
(4) DIC 应变监测模块
采用 XTDIC 应变测量系统，该系统由 2 个高精度摄像机、控制箱和三脚架组成。高速相机分辨率为
2 448 Pixel×2 048 Pixel，像元大小为 3.45 µm，拍摄频率为 70 s 。控制箱为整个 DIC 系统提供最快
–1
10 kHz 的触发信号输出及 720 W 的电源供应。系统集成有 13 位精度 AD 转换，12 位 DA 转换，满足绝
大部分硬件支持。

Model of

rock
Hydraulic Limit gate explosion
and
pneumatic
loading Pneumatic Hydraulic
system control system control system
Strain
gauge
Acoustic Light High-speed DIC
camera
emission
monitoring
system
DIC
monitoring monitoring Infrared high-speed
system
imager
camera
Infrared
system
(a) Rockburst test monitoring system (b) Rockburst test scene
图 3 试验系统
Fig. 3 Testing system

1.4 试验过程
为探索深部岩体在开挖过程中梯度应力和缓倾结构面对岩爆的综合影响，本试验借助岩爆应力梯
度公式 [13] ：

y = ae −bx +c (1)
式中：a 为模拟开挖后试件切向应力分级加载过程中的增加值；b 为应力梯度系数，b 越大，顶部应力梯度
相差越大；x 为试件顶部某点到卸载面的距离，x 取值为 0、0.25、0.50、0.75 m，分别代表试件顶部的 4 个
x = 0 时，a+c 为试件所受初始切向应力。
梯度；c 为初始顶部压力。当
由式 (1) 可知，在地下开挖时，距开挖面越远，围岩所受切向应力越小。根据地应力测量结果 [19] ，对
于深部岩体，其垂直地应力 σ 与水平地应力 σ 之比的范围为 1.25＜σ /σ ＜3.30，且部分集中分布于
h
v
v h
0.5 左右。因此，本文中的初始地应力设置为 σ =σ =c ＞σ =σ =σ 且 3 σ /σ =2，其中，σ 、σ 、σ 为试验初
3
v
2
1
h
1
v
h
2
始围压，设置为 σ =2 MPa，σ = σ =1 MPa。为分析不同缓倾结构面对岩爆破坏特性的影响，本文中采用
2
1
3
b=6 的高梯度加载路径对大尺寸试件进行加卸载试验，具体路径如图 4 所示。采用分级加载的方式，当
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