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摘要
通过开展含预制单裂隙花岗岩的真三轴单面临空岩爆试验，并利用高速摄像系统和声发射（acoustic emission，简称AE）系统监测岩爆过程，探究了不同产状裂隙岩石的破坏模式、强度变形和声发射演化特性，分析了裂隙产状与岩爆过程及弹射动能之间的关系，对比了含裂隙岩石岩爆发生机制与无裂隙完整岩石的差异。有关力学特性的分析表明，随着裂隙倾角的减小，岩样破坏模式大体呈现由“内剪外劈”向“Z型斜剪”变化的趋势，裂隙对岩石强度的削弱作用不断增大。当裂隙倾角小于30°时，岩石峰值应力普遍仅为完整岩样的一半左右；小倾角裂隙的长度越大，岩样岩板劈裂现象变得显著，形成岩爆坑略微变大，且强度折减幅度越大，峰值轴向应变相应变小；裂隙位置向临空面靠近会加剧岩板的劈裂效应，塑性阶段普遍会产生较大变形并萌生大量裂纹，当裂隙已出露且切断临空面将不易形成岩爆坑。有关岩爆过程及弹射动能的分析表明，随着裂隙倾角的减小，岩样弹射动能呈现先显著降低后小幅回升的变化规律，30°倾角为转变拐点；岩样内部裂隙距临空面越近，裂隙岩样的弹射动能越小；树脂填充裂隙使得岩样弹射动能极大提升，而水泥填充的则无明显提升。有关声发射特征的分析表明，裂隙长度越长，裂隙倾角越小，“平静期”相对岩爆过程的时间占比越大，峰后阶段岩爆瞬间的绝对能量占比越小；若裂隙位置靠近临空面，普遍会形成两个“平静期”，AE绝对能量演化曲线也会额外多一次突增；随着裂隙倾角的增大，裂隙岩样b值初期波动阶段的持续时间变长，下降阶段的速率变大，最小b值点与岩爆时刻越相近。大体看来，含裂隙岩石的应变型岩爆发生机制与无裂隙完整岩石是有区别的，其岩爆发生机制主要有剪切破裂型和张拉板裂型两大类。研究成果为裂隙岩石的岩爆灾害发生机制分析、利用声发射手段预警提供了科学依据。
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单位建筑工程学院; 中国能源建设集团广西电力设计研究院有限公司; 广西大学
