什么是岩爆，岩爆有哪些特征？ 第1页

岩爆是在开挖或其他外界扰动下，地下工程岩体中聚积的弹性变形势能突然释放，导致围岩爆裂、弹射的动力现象。（同时，弱弱求个赞同~）

一、岩爆的目前研究背景

岩爆具有很强的突发性、随机性和危害性。随着国民经济的高速发展，地下资源开发、地下基础建设正以前所未有的速度向深部发展。随着埋深的增加和地应力水平的增高，岩体所赋存的地质环境更为复杂，开挖(开采)诱发的岩爆灾害更加突出、严重，给深部地下工程设计、施工与生产等带来前所未有的挑战。

为了降低岩爆可能造成的工程事故风险，国家也先后对岩爆的研究给予了有力的支持，国家科技部、国家自然科学基金委员会等部门启动了一批重大岩爆科研项目，如国家自然科学基金重大项目《深部岩石力学研究》、“国家科技支撑计划课题《深埋长隧洞 TBM 施工的安全性评价》、973 项目《深部重大工程灾害孕育演化机制和动态调控理论》等，这些项目的开展大大促进了岩爆的深入研究，在岩爆试验、监测、机制、预警及防控措施等方面的研究均取得了显著成果。

以“Rockburst”为关键词在“Engineering Village”数据库检索(根据第一作者单位所在国家，将文献分为中国和外国)，结果如图 1 所示，可以看出，2008年以来中国学者每年发表的外文文献已超过总量的半数。以“岩爆”为关键词在“中国知网”进行中文文献检索，结果下图所示。可以看出，近 10 来，文献数量增加显著；从研究内容上看，以机制研究最多；从工程背景上看，以隧道的研究最多。

岩爆研究已经从状态研究到孕育全过程的机制、监测预警与动态调控研究，岩爆监测预警从定性发展到定量、智能化，岩爆控制从关注支护，设计发展到开挖优化、应力释放优化与吸能支护优化。

东北大学的冯夏庭院士出版了中文专著《岩爆孕育过程的机制、预警与动态调控》 和英文著作《Rockburst》 ，主编了行业标准《水电工程岩爆风险评估技术规范》，建立了深部工程岩体破裂、变形、微震、声发射共 4 项国际岩石力学与工程学会建议方法，有效解决了一些重大工程的岩爆防控难题，感兴趣的朋友可以关注一下。

二、岩爆分类分级及其特征

岩爆的孕育及发生受地应力、地质条件、开挖方式等多种因素的影响，其特征也呈现出多样性。为了更好地对岩爆开展针对性的监测、预警和控制，按照岩爆发生时间及空间特征和孕育机制对岩爆进行分类。

(1) 按岩爆发生时间和空间分类

根据岩爆发生时间与施工时间和空间的关系，可以将岩爆分为即时型岩爆、时滞型岩爆和间歇型岩爆。即时型岩爆是指开挖卸荷效应影响过程中发生的岩爆 ；时滞型岩爆是指开挖卸荷后应力调整平衡后，外界扰动作用下而发生的岩爆。

即时型：发生频次相对较多；多在开挖后的几个小时或是 1～3 d 内发生；多发生在距工作面在 3 倍洞径范围内。

时滞性：发生频次相对较少；在开挖后数天、1 月、数月后发生；发生位置距离工作面可以达到几百米。

间歇型：发生频次相对较少；多发生在掌子面附近，在有施工扰动和无施工扰动情况下均可能发生

(2) 按岩爆孕育机制分类

通常，根据岩爆的机制将岩爆分为应变型和断裂型 。随着研究的深入，硬性结构面对岩爆的影响已得到逐渐认识：硬性结构面对岩爆的等级、机制等均具有明显的影响 ，且多数岩爆均受到硬性结构面不同程度的影响。因此，在应变型岩爆和断裂滑移型岩爆外，增加应变–结构面滑移型岩爆 。

应变型：浅窝型、长条深窝型、“V”字型等形态的爆坑，爆坑岩面新鲜。

应变–结构面滑移型：结构面控制爆坑边界，一般情况下破坏性较应变型大。

断裂滑移型：影响区域更大，破坏力更强，甚至可能诱发连续性强烈岩爆。

3 岩爆孕育过程的试验与观测（以下部分适合有岩石力学基础的同学）

岩爆室内岩样试验包括从单轴、常规三轴到真三轴的加载声发射试验、加卸载声发射试验、加卸载扰动声发射试验等。室内试验重现岩爆孕育过程的关键在于模拟其发生区域岩体的应力变化状态。

岩爆孕育过程的物理模拟试验，建立在合理的相似材料配比基础上，在相似理论的框架之下，通过设定不同的相似评价指标，开展材料配比试验，可获得满足不同工程背景的合理配比，实现脆性材料的相似 和强度、重度、脆性、延性等特征的相似 。基于所获得的相似材料配比，完成物理模型的构建，结合工程现场的应力条件，为物理模型施加相应的应力边界，并在荷载保持的条件下模拟现场的开挖/开采过程，重现现场岩爆现象，同时监测模型内部变形、应力、声发射等多元信息的实时演化过程，进而揭示岩爆孕育过程的机制。

岩爆孕育过程的数值模拟，采用可以描述高应力下岩体和结构面非线性力学行为的本构模型、实际的地应力，通过模拟现场地质条件和施工过程，再现岩爆的孕育过程。利用连续介质数值模拟方法，发现能量释放和微震事件随破岩次数的增加而增加 ，揭示了岩石强度和岩体稳定性的中间主应力区间效应的力学机制，再现了隧洞岩爆孕育过程的能量演化 。基于非连续介质数值模拟方法，发现导洞和分台阶开挖可有效降低岩爆风险 。能够反映真三轴应力状态下硬岩力学行为的本构模型和介质由连续到非连续变形破坏过程的数值模拟方法是岩爆孕育过程数值模拟需要进一步解决的问题。

（岩爆孕育过程现场原位综合观测）岩爆孕育过程的现场原位综合观测，是基于数字钻孔摄像 、声波测试、位移计和滑动测微计 、声发射等综合监测手段，通过地质环境、岩体结构、数值模拟、测试钻孔布设方案等设计分析，实施直接、实时、原位、连续获取围岩裂隙、损伤、变形和能量释放率的岩爆灾害原位观测方法。对于监测孔的布置，其基本原则是覆盖岩爆风险较大的区域，获取岩体力学响应全过程的综合原位信息 。首先通过数值分析、地质判别等方法对待观测区域的岩爆风险进行评估，获取岩爆高风险区域位置；通过已开挖的工程向待观测区域的高岩爆风险位置布置钻孔和安装设备；在待观测区域开挖前获取岩体内部特征的初始值，并在开挖过程中持续跟踪观测。

岩爆的孕育和发生是一个复杂的过程。已建立了一个大型岩爆案例数据库，包括微震波形数据库、岩爆案例数据库、微震事件时间序列数据库等信息。运用大数据、深度学习等人工智能手段，对岩爆数据库进行深度学习，建立包含微震波形的快速识别、微震波形到时准确拾取、自动定位、岩爆区域和等级自动预警等功能的全智能系统，是亟待努力的方向。

岩爆防控已从被动变为主动，强烈岩爆和极强岩爆的防控已经从经验方法上升到开挖优化应力释放优化吸能支护优化的“三步走”科学方法，今后的努力方向是研究更加有效的应力释放技术、配套的吸能支护系统以及更多的工程实践。

参考文献：

1、冯夏庭等，《岩爆孕育过程研究》

2、ORTLEPP W D. RaSiM Comes of age–A review of the contribution to the understanding and control of mine rockburst[C]// Proceeding of the 6th International Symposium on Rockburst and Seismicity in Mines. Nedlands：Australian Centre for Geomechanics，2005：3–2

3、NOTLEY K P. Rock mechanics analysis of the Springhill Mine disaster[C]// Proceedings of the Mining Science and Technology.[S.l.]：Elsevier Science Publisher，1984：169–179

4、Yuanhan，LI Wodong，LI Qiguang，et al. Comprehensive method for estimating rockburst with fuzzy mathematics[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，1998，17(5)：493–501.(in Chinese))

5、蔡美峰，王金安，王双红. 玲珑金矿深部开采岩体能量分析与岩爆综合预测[J]. 岩石力学与工程学报，2001，20(1)：38–42

6、HE M C，MIAO J L，FENG J L. Rock burst process of limestone and its acoustic emission characteristics under true-triaxial unloading conditions[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2010，47(2)：286–298.

7、ZHU G Q，FENG X T，ZHOU Y Y，et al. Experimental study to design an analog material for Jinping marble with high strength，high brittleness and high unit weight and ductility[J]. Rock Mechanics and Rock Engineering，2019(to be pressed).