Page 34 - 《爆炸与冲击》2025年第6期

第 45 卷 单仁亮，等： 深部岩体结构面动力特性与致灾效应研究进展 第 6 期

(3) 预制裂隙

Feng 等 [56] 对预制裂隙试件在动静组合加载作用下的力学特性进行了试验研究，试样制备如图 14 所
示。结果表明，动静组合加载作用下，含裂隙试件的强度和弹性模量均高于单独静、动荷载作用下的强
度和弹性模量，且具有明显的速率效应。

Perturbing
force f v
1
Horizontal Contact fiber
static load F 2 displacement meter d
Pulley
a b
Rock 3 β

Weight 4

5

图 13 块系岩体动态力学性能测试试验系统 [54] 图 14 裂隙试样几何结构示意图 [56]
Fig. 13 Test system for dynamic mechanical Fig. 14 Schematic diagram of the geometric
properties of block rock mass [54] configurations of the fissured specimen [56]

4 动力灾害及防控技术

在深部地下工程中，结构面不仅直接影响岩体的稳定性，还在动力灾害的触发过程中扮演着关键角
色。结构面在动态荷载作用下的响应行为，尤其是在地震、爆破等外部扰动下，可能引发一系列严重的
动力灾害，如岩爆、大变形和冲击地压等。这些灾害各自具有不同的触发机制和破坏模式，其破坏特性
与结构面的几何特征、摩擦特性及其与周围岩体的相互作用密切相关。因此，深入研究结构面的动力学
特性，对于理解和预防深部工程中的动力灾害至关重要 [57] 。

4.1 岩爆及防控技术
岩爆是一种典型的深部动力灾害，通常发生在高地应力条件下 [58-60] ，其触发机制与岩体中的高应力
集中密切相关，尤其是在结构面或节理发育的区域。在应力集中与局部破坏的共同作用下，当局部应力
超过岩石的抗拉或抗剪强度时，岩体将发生脆性破坏，产生剧烈的能量释放，导致岩块飞出。动态荷载
下，岩体的脆性破坏更容易发生，尤其是在已有应力集中区域，会进一步加剧岩爆的风险。
冯夏庭等 [61] 根据岩爆的孕育机制，将其分类为应变型、应变-结构面滑移型和断裂滑移型，受结构面
影响主要发生后 2 种类型的岩爆。结构面的剪切滑移是岩爆的重要触发因素。滑移失稳主要受到动态
荷载、法向应力和结构面摩擦特性的影响。当外部动力荷载对结构面施加剪切应力时，若剪应力超过结
构面的抗剪强度，结构面将发生滑移。在动态加载条件下，滑移可能是突发的，随着滑移的进行，摩擦力
的变化可能引发能量的瞬时释放，导致结构面失稳。刘岩鑫等 [62] 研究了动力扰动下岩爆的发生机理，发
现高应力下开始施加的扰动对能量释放起到了激发和放大的作用，低应力下开始施加的扰动对能量释
放仅起到激发的作用。刘啸等 [63] 依托莫尔-库仑强度准则，推导了结构面发生剪切滑移的能量和应力判
φ ）、黏聚力（c）及爆源与结构
据，探讨了结构面剪切失稳的发生与应力波入射角（θ）、结构面内摩擦角（
面距离（r）等因素之间的关系，如图 15 所示，图中 ρ 为密度。
c
对于岩爆灾害的防治，主要有以下 3 种手段。
(1) 通过对岩体结构进行详细勘察和分析，合理规划工程开挖路线和施工方法，避免应力集中区域

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