巖土工程災(zāi)變和防災(zāi)理論51

巖土工程災(zāi)變和防災(zāi)理論主講：陳忠輝土木工程系第一章緒論巖土工程災(zāi)害學(xué)的定義:巖土工程災(zāi)害學(xué)是研究工程建設(shè)過程中巖土工程的地質(zhì)災(zāi)害問題，它是一個(gè)力學(xué)過程。它是土建工程地質(zhì)學(xué)與巖土力學(xué)的交叉學(xué)科。主要任務(wù)：研究巖土工程災(zāi)害的地質(zhì)條件和發(fā)生機(jī)理；預(yù)測(cè)巖土工程在自然因素和人為活動(dòng)作用下巖土力學(xué)性質(zhì)的變化和破壞規(guī)律，控制它的發(fā)展和影響范圍，并提出改造環(huán)境、防治巖土災(zāi)害的方案和措施。形成巖土工程災(zāi)害的因素自然因素：生物圈的作用力：風(fēng)化太陽(yáng)熱能的作用力：風(fēng)化和凍融大氣圈運(yùn)動(dòng)的搬運(yùn)力：風(fēng)蝕大氣降水的襲擊力：剝蝕、沖溝地表水圈的作用力：掏蝕、沖刷、岸邊再造地下水的作用力：巖溶、破碎帶的管涌、塌陷巖土的重力：滑坡、崩塌地球引力和板塊運(yùn)動(dòng)：地震、地殼變形、火山人為因素人類活動(dòng)一方面創(chuàng)造世界，另一方面破壞環(huán)境，造成巖土工程災(zāi)害。開挖斜坡：斜坡失穩(wěn)開采地下固體礦物：地表移動(dòng)、地應(yīng)力重分布開采石油、天然氣、地下水：地面沉降、塌落、地震河流水系的改道和破壞：河床變形、邊岸再造、水庫(kù)地震灌溉：巖土鹽堿化和濕化土木工程建造：地基失穩(wěn)、地層變形巖土工程災(zāi)害的分類漸進(jìn)破壞：地層緩慢沉降、風(fēng)化、剝蝕危害也是漸進(jìn)，破壞范圍較大，暫時(shí)危害不大，但總體危害也特別大?？煞乐涡院?。失穩(wěn)破壞：滑坡、巖爆、崩塌破壞瞬間完成，范圍相對(duì)較小，對(duì)人類的生產(chǎn)和生命危害極大，可防治性差。研究的方法根據(jù)本學(xué)科的工程特點(diǎn)，采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、科學(xué)實(shí)驗(yàn)和理論分析相結(jié)合的研究方法現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查包括：工程地質(zhì)測(cè)繪、勘探、和物探，主要收集現(xiàn)場(chǎng)資料?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)：巖土物理力學(xué)參數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)模型實(shí)驗(yàn)、水文實(shí)驗(yàn)，主要評(píng)價(jià)巖土工程的穩(wěn)定性?，F(xiàn)在實(shí)驗(yàn)包括數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)。理論分析：過去理論分析主要基于巖土力學(xué)、地質(zhì)學(xué)和土建工程學(xué)，目前把非線性科學(xué)理論應(yīng)用于巖土工程災(zāi)害分析。包括：分形理論、突變理論、耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)理論、重整化群理論等，它們主要處理自然界和社會(huì)活動(dòng)過程中復(fù)雜現(xiàn)象和規(guī)律。本課程主要內(nèi)容典型的三種巖土工程災(zāi)害規(guī)律和防治措施。（1）地層沉陷（2）滑坡（3）巖爆和沖擊地壓非線性科學(xué)的主要內(nèi)容和應(yīng)用第四章地層沉陷基本概念地層沉陷是指地層中巖體臨空或受力而發(fā)生垂直和水平方向上緩慢或突發(fā)性的變形、破壞和運(yùn)動(dòng)。其實(shí)則是地層中巖土體的失穩(wěn)破壞?；咎攸c(diǎn)（1）研究范圍大，采動(dòng)臨空面及其周圍巖體直至地表；（2）不僅研究應(yīng)力、應(yīng)變，更關(guān)心巖體及地表產(chǎn)生的大變形和大位移；（3）不僅研究本身巖體的損害，而且研究地層沉陷所波及的地層環(huán)境的破壞。地下采煤引起的地表塌陷原砂土堆壩河道右壩遠(yuǎn)景與干枯的河道沉降量理論研究路徑理論研究是把巖體和臨空面抽象為一定的理論模型，根據(jù)該理論模型的理論解及實(shí)測(cè)、實(shí)驗(yàn)求得的參數(shù)，對(duì)巖體內(nèi)部及地表的應(yīng)力和位移進(jìn)行計(jì)算，其流程圖如下：地層沉陷的理論研究示意圖理論論研研究究的的三三種種方方法法唯象象學(xué)學(xué)理理論論研研究究：：包包括括概概率率積積分分法法、、負(fù)負(fù)指指數(shù)數(shù)函函數(shù)數(shù)法法、、典典型型曲曲線線法法。。它它簡(jiǎn)簡(jiǎn)便便易易行行，，避避開開了了巖巖體體的的本本構(gòu)構(gòu)，，對(duì)對(duì)于于層層狀狀結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)計(jì)計(jì)算算誤誤差差較較小小。。經(jīng)典典力力學(xué)學(xué)理理論論研研究究（（反反分分析析））：：利利用用黑黑箱箱原原理理，，進(jìn)進(jìn)行行巖巖體體采采動(dòng)動(dòng)系系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)調(diào)制制，，老老擬擬合合采采動(dòng)動(dòng)巖巖體體與與地地表表的的移移動(dòng)動(dòng)曲曲線線。。計(jì)計(jì)算算結(jié)結(jié)果果較較差差，，很很少少使使用用。。力學(xué)理理論研研究（（正演演分析析）：：利用用力學(xué)學(xué)原理理，將將巖體體抽象象為力力學(xué)模模型，，編制制相應(yīng)應(yīng)的計(jì)計(jì)算程程序?qū)?duì)采動(dòng)動(dòng)巖體體與地地表沉沉陷進(jìn)進(jìn)行模模擬。。地下開開采地地層內(nèi)內(nèi)部沉沉陷特特征礦體采采空后后，圍圍巖的的原始始應(yīng)力力平衡衡狀態(tài)態(tài)被破破壞，，應(yīng)力力開始始重新新分布布，使使圍巖巖產(chǎn)生生變形形、移移動(dòng)、、破壞壞，顯顯然破破壞的的程度度距離離采空空區(qū)的的遠(yuǎn)近近有關(guān)關(guān)。分分成六六個(gè)區(qū)區(qū)域，，上覆覆巖層層分為為冒落落帶、、裂隙隙帶和和彎曲曲帶，，底板板分為為底板板導(dǎo)水水裂縫縫帶、、保護(hù)護(hù)帶和和承壓壓水導(dǎo)導(dǎo)升帶帶。地層沉陷分分區(qū)示意圖圖地表沉陷特特征沉陷盆地是是在工作面面推進(jìn)過程程中逐漸形形成的，它它比采空區(qū)區(qū)域大得多多。地表沉陷盆盆地的發(fā)生生和發(fā)展地地表表沉陷盆地地區(qū)域劃分分示意圖地表沉陷的的危害地層沉陷對(duì)對(duì)建筑物的的危害地層沉陷對(duì)對(duì)水體的危危害地層沉陷對(duì)對(duì)鐵路和公公路的危害害地層沉陷對(duì)對(duì)井巷的危危害地層沉陷對(duì)對(duì)山體和露露天礦邊坡坡的危害地層沉陷誘誘發(fā)礦山動(dòng)動(dòng)力災(zāi)害地層沉陷的的預(yù)測(cè)（概概率積分法法）地下礦體采采出后，巖巖層和地表表將發(fā)生移移動(dòng)，以統(tǒng)統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)點(diǎn)將整個(gè)開開采分解為為無(wú)窮多個(gè)個(gè)無(wú)限小的的開采，地表下沉地表傾斜變形地表曲率變形地表水平移動(dòng)地表水平變形地層沉陷損損害控制（（一）活動(dòng)基礎(chǔ)：：隨意調(diào)整整建筑物原原基礎(chǔ)高度度的一組構(gòu)構(gòu)件群，吸吸收采動(dòng)巖巖體向上傳傳遞非線性性變形，達(dá)達(dá)到保護(hù)建建筑物安全全使用的目目的?；顒?dòng)基礎(chǔ)結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖圖離層注漿控控制地層沉沉陷離層注漿控控制沉陷就就是利用礦礦體開采后后覆巖層裂裂過程中形形成的離層層空間，借借助高壓注注漿泵從地地面通過鉆鉆孔向離層層空間注入入充填材料料，占據(jù)采采出空間向向上傳遞，，支承巖層層、減緩離離層上位巖巖體的進(jìn)一一步彎曲下下沉，從而而達(dá)到減緩緩地層沉陷陷的目的。。其基本工工藝原理圖圖如下：改進(jìn)開采工工藝或充填填技術(shù)大條帶開采采工藝小煤柱開采采大大條帶開開采充填開采對(duì)于有條件件的礦山進(jìn)進(jìn)行充填開開采，減少少地面沉陷陷第五章滑滑坡滑坡是一種種常見的斜斜坡失穩(wěn)而而產(chǎn)生的巖巖土工程災(zāi)災(zāi)害。在礦礦山、交通通、水利和和城市建設(shè)設(shè)過程中由由于大量開開挖和施工工不當(dāng)?shù)仍?，破壞壞了山體的的穩(wěn)定，從從而誘發(fā)滑滑坡的發(fā)生生和發(fā)展，，造成災(zāi)害害性的事故故?；咎卣鳎海夯瑒?dòng)的巖土土體具有整整體性，并并保持著斜斜坡原有的的地質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)特征；滑移的方式式為滑動(dòng)，，而不是滾滾動(dòng)或傾覆覆。252m370622南芬露天鐵礦非工作幫的大規(guī)?；拢?50萬(wàn)立方米）2019年下半年~2000年上半年滑坡的危害害我國(guó)是一個(gè)個(gè)多山的國(guó)國(guó)家，西部部尤其如此此，據(jù)初步步統(tǒng)計(jì)由滑滑坡、泥石石流造成的的災(zāi)害，每每年達(dá)200億左右右。僅80年代代一次性死死亡人數(shù)在在200人人以上或直直接經(jīng)濟(jì)損損失在千萬(wàn)萬(wàn)元以上有有十余起（（如1980年的鹽鹽池河滑坡坡、1981年雞趴趴子滑坡、、1984年新灘滑滑坡、1983年灑灑勒山滑坡坡，1989年的溪溪口滑坡））。由滑坡坡造成水、、陸路交通通中斷引起起的間接損損失更無(wú)法法估計(jì)。由人類建設(shè)設(shè)工程引起起的滑坡也也不少，如如云南漫灣灣水電站左左岸纜機(jī)平平臺(tái)斜坡失失穩(wěn)，隴海海線葡萄園園段滑坡迫迫使鐵路改改線，龍羊羊峽電站虎虎丘山斜坡坡變形，成成昆線鐵西西滑坡?；碌姆诸愵惢碌姆诸愵惐容^繁雜雜，從不同同角度去分分類，例如如按滑坡的的組成物質(zhì)質(zhì)、滑動(dòng)速速度、力學(xué)學(xué)特征、滑滑體形態(tài)、、滑體規(guī)模模、發(fā)展階階段等進(jìn)行行分類。我國(guó)按力學(xué)學(xué)條件分類類：牽引式式滑坡、推推動(dòng)式滑坡坡兩類。牽引式滑坡坡是由于坡坡腳處任意意開挖所引引起，斜坡坡失去平衡衡，靠近坡坡腳部分巖巖體首先開開始向自由由面膨脹、、開裂、擠擠出，然后后依次向上上發(fā)展，最最后整個(gè)邊邊坡失穩(wěn)滑滑移。推動(dòng)式滑坡坡開始發(fā)生生斜坡的上上部，失穩(wěn)穩(wěn)破壞的巖巖體向下滑滑移，并擠擠壓下部巖巖體，造成成斜坡下部部鼓丘和隆隆起。治理的方法法不一樣：：牽引式滑滑坡通過增增加它的抗抗滑力，而而推動(dòng)式滑滑坡通過卸卸荷方法來來減少的下下滑力?；碌陌l(fā)育育過程蠕動(dòng)變形階階段由于開挖和和外界因素素的影響，，首先在斜斜坡內(nèi)部產(chǎn)產(chǎn)生微小的的變形和移移動(dòng)，然后后逐漸發(fā)展展，直至坡坡面出現(xiàn)斷斷續(xù)的張拉拉裂縫。隨著張拉裂裂縫的出現(xiàn)現(xiàn)，滲水作作用加強(qiáng)，，變形進(jìn)一一步發(fā)展，，后緣張拉拉，裂縫加加寬，開始始出現(xiàn)較小小的錯(cuò)距，，兩側(cè)剪切切裂縫相繼繼出現(xiàn)。坡坡腳部分巖巖體被壓裂裂致碎，并并有潮濕滲滲水，此時(shí)時(shí)滑動(dòng)面初初步形成，，但尚未貫貫通。斜坡變形進(jìn)進(jìn)一步發(fā)展展，后緣裂裂縫不斷加加寬，錯(cuò)距距不斷增大大，兩側(cè)羽羽毛狀剪切切裂縫貫通通并撕開，，斜坡前緣緣巖體擠碎碎并鼓出，，出現(xiàn)鼓張張裂縫，坡坡腳附近滲滲水渾濁，，滑動(dòng)面已已經(jīng)形成，，失穩(wěn)巖體體開始整體體向下滑動(dòng)動(dòng)?；瑒?dòng)破壞階階段滑體在整體體下滑時(shí)，，滑坡后緣緣迅速下陷陷，滑坡壁壁越露越高高，滑體分分裂成數(shù)塊塊?；麦w體上的建筑筑物嚴(yán)重變變形以至倒倒塌毀壞。。漸趨穩(wěn)定階階段滑動(dòng)逐漸停停止后，形形成特殊的的滑坡地形形，在巖性性、結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)造和水文文地質(zhì)方面面相繼產(chǎn)生生變化，例例如斜坡巖巖體發(fā)生整整體性破壞壞、巖體變變得松散破破碎，透水水性增強(qiáng)，，含水量增增高，地層層產(chǎn)狀發(fā)生生變化?；碌念A(yù)測(cè)測(cè)、預(yù)報(bào)滑坡是一個(gè)個(gè)典型的非非線性系統(tǒng)統(tǒng)的失穩(wěn)，，非線性系系統(tǒng)失穩(wěn)前前都要展示示大量的異異常信息———失穩(wěn)前前兆。斜坡滑動(dòng)類型型Heok根據(jù)據(jù)滑動(dòng)面的差差異把巖石邊邊坡的破壞分分為四種類型型：圓弧破壞、平平面破壞、楔楔體破壞和傾傾覆破壞，前三種破壞壞性質(zhì)屬于滑滑動(dòng)破壞，最最后一種屬于于崩塌破壞。。大量的理論論研究和野外外勘察表明，，大多數(shù)巖石石邊坡的破壞壞均為滑動(dòng)破破壞。(a)(b)(c)(d)巖石邊坡的滑滑動(dòng)類型(a)平平面破破壞；(b)圓弧破壞壞；(c)楔楔體破壞；；(d)傾傾覆破壞邊坡穩(wěn)定性分分析方法巖石邊坡穩(wěn)定定性分析目前前有三種方法法：（1）解析方方法，最常用用是塊體極限限平衡法，它它通過塊體在在假定滑動(dòng)面面上抗滑力和和滑動(dòng)力之間間的平衡關(guān)系系來判斷邊坡坡的穩(wěn)定性。。（2）數(shù)值方方法，通過計(jì)計(jì)算巖石邊坡坡中的應(yīng)力分分布，從而確確定邊坡體的的不穩(wěn)定區(qū)域域。（3）概率法法，把巖石邊邊坡的一些參參數(shù)視為一個(gè)個(gè)隨機(jī)變量場(chǎng)場(chǎng)，通過建立立隨機(jī)變量的的分布函數(shù)來來確定邊坡的的穩(wěn)定性。平面滑動(dòng)穩(wěn)定定分析邊坡的穩(wěn)定性性用穩(wěn)定性系系數(shù)來表示，它定定義為塊體的的抗滑力與下下滑力之比。。因此單平面面滑動(dòng)時(shí)邊坡坡的穩(wěn)定性系系數(shù)為：假設(shè)兩塊體之之間存在一對(duì)對(duì)作用力和，，大小相等方方向相反。作作用的方向傾傾角為。通過塊體ⅠⅠ的平衡可以以求得作用力力的大小和方方向。塊體ⅠⅠ受到滑動(dòng)面面以下巖體對(duì)對(duì)它的作用力力，單平面滑動(dòng)雙雙平面滑動(dòng)動(dòng)HLhG12ⅠⅡG2G1FⅡFⅠABCDCR1圓弧面滑動(dòng)當(dāng)邊坡的巖性性較軟或結(jié)構(gòu)構(gòu)面與邊坡面面傾向相反時(shí)時(shí)，邊坡都沿沿某一個(gè)圓弧弧面滑動(dòng)，而而不是平面滑滑動(dòng)。絕大多多數(shù)土體邊坡坡也是圓弧面面滑動(dòng)。圓弧弧面滑動(dòng)的邊邊坡穩(wěn)定性系系數(shù)定義為抗抗滑力矩與滑滑動(dòng)力矩之比比。圓弧面滑動(dòng)穩(wěn)穩(wěn)定性Bishop計(jì)算算法NSSiSi+1Ni+1NiGox楔體滑動(dòng)楔形體滑動(dòng)是是常見的一種種邊坡破壞形形式。因?yàn)樾ㄐㄐ误w是一個(gè)個(gè)空間塊體，，因此其穩(wěn)定定性計(jì)算是一一個(gè)比較復(fù)雜雜的問題。楔形體滑動(dòng)模模型及其穩(wěn)定定性計(jì)算ADCBHBDAC面A面CGNN1N212上述計(jì)算的缺缺陷有關(guān)幾種邊坡坡滑動(dòng)模式一一般都只考慮慮滑動(dòng)塊體重重力的作用，，而實(shí)際上研研究的邊坡大大多承受靜水水壓力、地震震力及建筑物物的作用力等等外加荷載。。在實(shí)際評(píng)價(jià)價(jià)邊坡穩(wěn)定性性時(shí)都要考慮慮這些外加荷荷載的作用。?；碌姆乐未氪胧┓乐未胧┐笾轮路譃闇p滑工工程和抗滑工工程，減滑工工程在于改變變滑坡的地形形、土質(zhì)、地地下水等狀態(tài)態(tài)?？够こ坛淘谟诶每箍够瑯?gòu)筑物來來抵擋滑坡變變形或滑動(dòng)，，這類主要制制止小規(guī)模的的滑坡。防治工程減滑工程抗滑工程擋土墻、抗滑滑樁、錨固工工程、豎井樁樁削坡減重地表水排除工工程地下水排除工工程排氣工程河道構(gòu)筑物地表水溝防滲工程水平鉆孔集水井泄水隧道立體排水工程程第六章巖巖爆和沖擊擊地壓基本定義巖爆是地下工工程中的一種種特殊現(xiàn)象，，一般定義為為在應(yīng)力集中中作用下，脆脆性煤巖體內(nèi)內(nèi)積聚的彈性性應(yīng)變能在外外界的擾動(dòng)觸觸發(fā)下突然釋釋放，致使煤煤巖向自由空空間產(chǎn)生位移移的動(dòng)力現(xiàn)象象。在煤炭系系統(tǒng)巖爆習(xí)慣慣上稱為沖擊擊地壓。它是是煤炭、冶金金、水電及鐵鐵道等地下工工程中重大災(zāi)災(zāi)害之一。危害自1738年年英國(guó)某錫礦礦首次發(fā)生巖巖爆以來，在在世界范圍內(nèi)內(nèi)已有20多多個(gè)國(guó)家發(fā)生生過巖爆現(xiàn)象象，據(jù)煤炭系系統(tǒng)不完全統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，到2019年底，，我國(guó)已有35對(duì)礦井累累計(jì)發(fā)生2000余次巖巖爆事故，造造成數(shù)以百計(jì)計(jì)的人員傷亡亡，巷道破壞壞達(dá)20多萬(wàn)萬(wàn)米。1、采礦開挖挖引起的礦山山壓力災(zāi)害液壓支架立柱柱缸體爆裂、、鼓肚、彎曲曲、損壞。安全閥開啟老虎臺(tái)礦巖爆的機(jī)理和和產(chǎn)生的原因因各類巖爆的最最終表現(xiàn)形式式都十分相似似，但由于應(yīng)應(yīng)力環(huán)境、采采動(dòng)影響、巖巖體力學(xué)性質(zhì)質(zhì)及擾動(dòng)特征征的復(fù)雜性，，造成巖爆產(chǎn)產(chǎn)生的成因及及機(jī)理尚不十十分明確。目前的研究多多集中在巖爆爆發(fā)生的準(zhǔn)則則方面，相繼繼形成了強(qiáng)度度理論、能量量理論、失穩(wěn)穩(wěn)理論、沖擊擊傾向理論等等，巖爆發(fā)生生以后巖塊的的動(dòng)力行為，，完全按照運(yùn)運(yùn)動(dòng)學(xué)的方程程來分析。強(qiáng)度理論強(qiáng)度理論認(rèn)為為在開掘或采采動(dòng)過程中，，在采場(chǎng)和巷巷道周圍形成成應(yīng)力集中，，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到到巖石強(qiáng)度時(shí)時(shí)，脆性巖石石就突然破壞壞形成巖爆。。近代的強(qiáng)強(qiáng)度理論論引入系系統(tǒng)的觀觀點(diǎn)，以以巖體-圍巖系系統(tǒng)作為為研究對(duì)對(duì)象，認(rèn)認(rèn)為巖體體的承載載能力應(yīng)應(yīng)該是巖巖體和圍圍巖系統(tǒng)統(tǒng)的綜合合強(qiáng)度，，當(dāng)巖體體承受的的應(yīng)力大大于或等等于巖體體-圍巖巖系統(tǒng)強(qiáng)強(qiáng)度時(shí)，，就發(fā)生生巖爆。。巖爆發(fā)發(fā)生的強(qiáng)強(qiáng)度準(zhǔn)則則強(qiáng)度理論論在判別別巖爆時(shí)時(shí)，具有有簡(jiǎn)單、、直觀、、容易應(yīng)應(yīng)用的特特點(diǎn)，但但它對(duì)巖巖爆的動(dòng)動(dòng)力學(xué)特特征描述述不夠，，而且不不能反映映巖爆的的時(shí)間特特征?，F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)資料料表明：：許多地地下工程程巖體承承受的應(yīng)應(yīng)力超過過它強(qiáng)度度時(shí)，雖雖然已進(jìn)進(jìn)入了軟軟化階段段，但多多數(shù)并未未發(fā)生巖巖爆現(xiàn)象象。這從從側(cè)面說說明了強(qiáng)強(qiáng)度理論論的局限限性。能量理論論能量理論論從能量量轉(zhuǎn)化的的角度來來分析巖巖爆的成成因，該該理論認(rèn)認(rèn)為巖體體-圍巖巖系統(tǒng)在在力學(xué)平平衡狀態(tài)態(tài)下破壞壞所釋放放的能量量大于所所消耗的的能量時(shí)時(shí)，即形形成巖爆爆?？紤]慮了巖爆爆能量動(dòng)動(dòng)態(tài)過程程，巖爆爆的能量量準(zhǔn)則可可表示為為：能量理論論只說明明了巖體體-圍巖巖系統(tǒng)在在力學(xué)平平衡狀態(tài)態(tài)時(shí)，釋釋放的能能量大于于消耗的的能量，，巖爆就就發(fā)生，，但沒有有闡明平平衡狀態(tài)態(tài)的力學(xué)學(xué)性質(zhì)和和破壞條條件，特特別是圍圍巖釋放放能量的的條件，，因此巖巖爆的能能量理論論缺乏必必要條件件。沖擊傾向向理論一般容易易發(fā)生巖巖爆的巖巖體具有有同樣的的物理力力學(xué)特征征，這種種產(chǎn)生沖沖擊破壞壞的能力力稱為沖沖擊傾向向，它是是巖爆產(chǎn)產(chǎn)生的必必要條件件。當(dāng)巖巖體介質(zhì)質(zhì)的沖擊擊傾向度度大于規(guī)規(guī)定的極極限值時(shí)時(shí)，就可可能發(fā)生生巖爆。。這些沖沖擊傾向向的指標(biāo)標(biāo)包括：：彈性變變形指數(shù)數(shù)、有效效沖擊能能指數(shù)、、極限剛剛度比、、破壞速速度指數(shù)數(shù)等。式中K為為沖擊傾傾向性指指標(biāo)，K*為沖擊傾傾向性極極限值，，用一組組沖擊傾傾向指標(biāo)標(biāo)來評(píng)價(jià)價(jià)巖體發(fā)發(fā)生巖爆爆的危險(xiǎn)險(xiǎn)性具有有實(shí)際意意義，但但巖爆的的發(fā)生與與周圍環(huán)環(huán)境密切切相關(guān)，，實(shí)驗(yàn)室室測(cè)定的的沖擊傾傾向指標(biāo)標(biāo)難于全全面代表表各種地地質(zhì)因素素條件下下巖爆特特征。變形失穩(wěn)穩(wěn)理論失穩(wěn)理論論是近年年來才被被應(yīng)用于于巖爆研研究。它它從數(shù)學(xué)學(xué)上的穩(wěn)穩(wěn)定性理理論出發(fā)發(fā)，研究究系統(tǒng)穩(wěn)穩(wěn)定準(zhǔn)則則。該理理論認(rèn)為為巖爆發(fā)發(fā)生前是是一個(gè)準(zhǔn)準(zhǔn)靜態(tài)過過程，而而巖爆是是一個(gè)平平衡狀態(tài)態(tài)失穩(wěn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為另另一個(gè)平平衡狀態(tài)態(tài)的動(dòng)力力失穩(wěn)過過程。當(dāng)當(dāng)巖體處處于非穩(wěn)穩(wěn)定的平平衡狀態(tài)態(tài)時(shí)，遇遇到外界界有微小小的擾動(dòng)動(dòng)，巖體體就可能能發(fā)生失失穩(wěn)，從從而在瞬瞬間釋放放大量能能量，這這些能量量促使巖巖體從靜靜態(tài)變?yōu)闉閯?dòng)態(tài)，，于是發(fā)發(fā)生急劇劇、猛烈烈的破壞壞。巖爆爆發(fā)生的的判據(jù)表表達(dá)式為為：巖爆烈度度分級(jí)巖爆級(jí)別巖爆釋放的能量（J）巖爆的烈度(級(jí))造成的損害程度微爆<10<1巖體的表面或深部局部破壞弱巖爆1~2拋出少量的巖塊，有聲響和地震效應(yīng)，設(shè)備不受破壞中等巖爆2~3.5拋出大量的帶粉塵巖塊，形成氣浪，造成巷道支護(hù)破壞強(qiáng)烈?guī)r爆3.5~5造成幾十米巷道破壞災(zāi)害性巖爆>5整個(gè)采區(qū)或整個(gè)水平范圍內(nèi)受破壞10~102102~104104~107>107巖爆預(yù)預(yù)測(cè)方方法———聲聲發(fā)射射巖石在在壓力力作用用下發(fā)發(fā)生變變形和和斷裂裂破壞壞，巖巖石內(nèi)內(nèi)部微微裂紋紋的擴(kuò)擴(kuò)展和和摩擦擦都能能引起起彈性性能的的突然然釋放放并以以應(yīng)力力波向向外傳傳播，，這種種現(xiàn)象象稱為為巖石石的聲聲發(fā)射射。它它在地地下采采礦和和地震震工程程中也也稱為為地音音。顯顯然聲聲發(fā)射射的強(qiáng)強(qiáng)弱和和時(shí)空空分布布反映映了巖巖體的的破裂裂進(jìn)程程。在預(yù)測(cè)測(cè)評(píng)估估技術(shù)術(shù)方面面，不不斷成成熟的的模式式識(shí)別別技術(shù)術(shù)和改改進(jìn)的的聲測(cè)測(cè)方法法使得得低應(yīng)應(yīng)力和和高應(yīng)應(yīng)力巖巖石之之間聲聲發(fā)射射的差差異能能被精精確地地測(cè)量量出來來，并并用來來進(jìn)行行巖石石應(yīng)力力集中中區(qū)和和巖爆爆先兆兆的評(píng)評(píng)估，，進(jìn)而而預(yù)測(cè)測(cè)預(yù)報(bào)報(bào)巖爆爆的發(fā)發(fā)生。。預(yù)測(cè)實(shí)實(shí)例美國(guó)愛愛達(dá)荷荷州北北部的的Coeurd’’Alene地地區(qū)是是生產(chǎn)產(chǎn)鉛、、鋅、、銀等等有色色金屬屬的重重要礦礦區(qū)。。該礦礦區(qū)正正常情情況下下聲發(fā)發(fā)射率率一般般在30次次/日日以下下，但但在巖巖爆發(fā)發(fā)生前前兩小小時(shí)左左右，，聲發(fā)發(fā)射活活動(dòng)突突然激激增，，其峰峰值強(qiáng)強(qiáng)度可可達(dá)正正常值值的數(shù)數(shù)十倍倍，隨隨后迅迅速下下降，，再經(jīng)經(jīng)過1~2小時(shí)時(shí)就發(fā)發(fā)生巖巖爆。。圖顯顯示示三個(gè)個(gè)月內(nèi)內(nèi)在同同一個(gè)個(gè)礦內(nèi)內(nèi)所發(fā)發(fā)生的的四次次巖爆爆的聲聲發(fā)射射記錄錄，由由于成成功地地預(yù)測(cè)測(cè)了巖巖爆發(fā)發(fā)生時(shí)時(shí)間和和地點(diǎn)點(diǎn)，因因而這這四次次巖爆爆均未未造成成任何何人員員傷亡亡。鉆屑屑法法鉆屑屑法法是是在在巖巖體體內(nèi)內(nèi)鉆鉆孔孔，，同同時(shí)時(shí)測(cè)測(cè)量量巖巖粉粉量量、、聲聲響響、、鉆鉆孔孔沖沖擊擊、、鉆鉆孔孔阻阻力力和和巖巖粉粉粒粒度度，，來來判判斷斷巖巖體體內(nèi)內(nèi)應(yīng)應(yīng)力力集集中中程程度度，，鑒鑒別別發(fā)發(fā)生生巖巖爆爆的的傾傾向向和和位位置置。。一一般般在在鉆鉆孔孔時(shí)時(shí)產(chǎn)產(chǎn)生生類類似似巖巖爆爆的的沖沖擊擊效效應(yīng)應(yīng)，，這這也也是是鉆鉆屑屑得得以以鑒鑒定定巖巖爆爆危危險(xiǎn)險(xiǎn)程程度度的的物物理理基基礎(chǔ)礎(chǔ)，，這這種種效效應(yīng)應(yīng)也也可可稱稱為為鉆鉆孔孔沖沖擊擊。。鉆鉆屑屑法法一一般般應(yīng)應(yīng)用用于于煤煤礦礦開開采采中中。。一般般以以鉆鉆屑屑量量和和正正常常排排粉粉量量之之比比作作為為衡衡量量沖沖擊擊傾傾向向指指標(biāo)標(biāo)，，它它稱稱為為鉆鉆粉粉率率指指數(shù)數(shù)。。它它的的表表達(dá)達(dá)式式為為：：式中中為鉆鉆粉粉率率指指數(shù)數(shù)，，Vb為為鉆鉆出出的的巖巖粉粉量量，，Vz為為正正常常排排粉粉量量，，地球球物物理理檢檢測(cè)測(cè)法法某些些淺淺源源地地震震機(jī)機(jī)制制和和巖巖爆爆相相似似，，因因此此可可以以利利用用檢檢測(cè)測(cè)地地震震的的一一些些地地球球物物理理方方法法，，如如地地質(zhì)質(zhì)層層析析X線線成成像像法法及及電電磁磁輻輻射射法法，，檢檢測(cè)測(cè)巖巖爆爆。。地地質(zhì)質(zhì)層層析析X線線成成像像法法在在巖巖爆爆和和采采礦礦誘誘發(fā)發(fā)巖巖爆爆研研究究中中有有三三方方面面的的應(yīng)應(yīng)用用。。（（1））礦礦區(qū)區(qū)巖巖體體的的主主動(dòng)動(dòng)成成像像能能提提供供大大區(qū)區(qū)域域巖巖體體的的特特性性；；（（2））通通過過連連續(xù)續(xù)成成像像可可提提供供對(duì)對(duì)巖巖體體性性質(zhì)質(zhì)的的監(jiān)監(jiān)控控；；（（3））以以往往巖巖體體層層析析成成像像提提供供例例如如微微震震傳傳感感器器布布置置區(qū)區(qū)內(nèi)內(nèi)巖巖石石物物理理力力學(xué)學(xué)性性質(zhì)質(zhì)的的信信息息。。通通過過對(duì)對(duì)巖巖體體變變形形的的連連續(xù)續(xù)成成像像可可以以確確定定事事件件區(qū)區(qū)域域和