基于CDEM的隧道卸压爆破及岩爆抑制效应模拟

作者：陈柯竹; 李天斌^*; 马春驰; 张航; 高美奔

来源：工程地质学报, 2020, 28(03): 667-676.

DOI：10.13544/j.cnki.jeg.2019-281

• 隧道围岩
• 高地应力
• CDEM
• 卸压爆破
• 微震监测

硬岩隧道开挖过程中的岩爆灾害与隧道围岩的应力状态密切相关,卸压爆破可减缓围岩体应力集中程度,是一种直接有效的岩爆防治措施。以巴陕高速公路米仓山隧道岩爆段卸压爆破为例,运用GDEM-BlockDyna(块体动力学仿真系统)软件进行考虑高地应力和岩体非均质性条件的隧道分步开挖数值模拟分析;将卸压爆破作为唯一变量,进行了两组方案(是否进行卸压爆破)的数值模拟对比分析,并结合微震监测数据,对隧道围岩卸压爆破效果进行检验。结果表明:在隧道围岩分步开挖过程(未进行卸压爆破)的模拟中,围岩出现起裂损伤,应力集中和局部裂纹贯通等现象,并可能诱发岩爆灾害;在围岩卸压爆破条件下,围岩应力集中以及损伤程度有所降低,岩爆风险得到抑制。对比两组模拟结果,损伤均集中于拱顶及拱底,损伤半径比值(卸压/未卸压)分别为3. 4倍(拱顶)、1. 47倍(拱底),损伤体积比值(卸压/未卸压)为5. 36倍,但区域最大损伤量值从1(未卸压)降低到0. 6(卸压),且围岩应力峰值降低约5 MPa,应力梯度降低0. 8 MPa·m-1,表明围岩仍具有自稳能力,岩爆发生风险降低。相关结果可为隧道高地应力围岩段实施卸压爆破和合理设计卸压爆破方式提供理论依据。

• 单位
  成都理工大学; 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室; 土木工程学院