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摘要
针对硬岩应力松弛特性及岩爆研究的不足，开展了低、中、高载荷下的循环加卸载直墙拱形巷（隧）道应力松弛过程试验，得出了应力松弛规律，建立了应力松弛模型，探讨了应力松弛机制。结果表明：在低载荷下的循环加卸载直墙拱形巷（隧）道应力松弛过程均呈现出迅速衰减、逐渐衰减和稳定3个演化阶段，应力松弛规律一致，但随着循环次数的增加，应力松弛时间放缓，应力衰减损失程度在降低；低载荷下的应力松弛过程是巷（隧）道围岩拉应力和压应力同时衰减的过程，内部没有损伤产生，整体未产生破裂；在中等载荷下的循环加卸载直墙拱形巷（隧）道围岩应力松弛过程同样呈现出迅速衰减、逐渐衰减和稳定3个演化阶段，随着循环次数的增加总体上呈现应力松弛时间放缓的趋势，最终同样表现为巷（隧）道围岩拉应力和压应力同时衰减的过程；与低载荷下相比，中等载荷下的应力松弛过程变慢，内部有损伤产生，但后续循环未导致围岩破坏；在高载荷下的直墙拱形巷（隧）道围岩呈现拉应力持续增加和压应力持续减小的过程，巷（隧）道持续损伤破裂，侧帮产生层爆，最终形成V型爆坑，整体呈现两次明显爆裂破坏；采用分数阶微积分理论来描述循环加卸载情况下的应力松弛过程，建立了分数阶模型即应力松弛方程，拟合效果基本吻合；定义了应力松弛度，可以完全反映应力松弛全过程及松弛程度；工程上应采取措施阻止岩爆岩体松弛过程变形发展到临界状态。研究结果对岩爆机制、预测预警及硬岩长期稳定性分析等具有很好的指导和借鉴意义。
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单位山东理工大学; 山东省冶金设计院股份有限公司
