摘要
巴玉隧道是位于藏南谷地桑加段下游段的铁路隧道，隧道围岩以粗粒花岗岩为主，存在高地应力、高地温、岩爆等病害现象，严重影响施工安全。因此，通过研究温度-应力作用下花岗岩力学特性和破坏特征，找出降低岩爆发生的原理和方法，为高温隧道岩爆施工提供有效的施工建议。通过运用岩石单轴压缩机和声发射监测技术，进行了温度-应力作用下的花岗岩单轴压缩实验。考虑温度和加载速率两个影响因素条件对花岗岩力学性质和破坏特征的影响，得出温度和加载速率要素对花岗岩的作用机制，并基于声发射损伤变量，推导出温度-应力作用下花岗岩单轴弹、塑性能计算公式，分析花岗岩的能量演化过程，提出更准确的特征应力确定方法，为岩爆预测提供新的思路。论文主要研究成果如下： （1）通过分析温度、加载速率对花岗岩的力学特性的影响，发现40℃、0.01mm/s条件下花岗岩劣化程度最为严重，反映到实际工程中，该条件下隧道围岩强度下降明显，岩石的抗变形能力最弱，同体积围岩破坏时变形程度明显增加，更容易发生岩爆，对隧道的设计施工极为不利。 （2）从作用机制上看，温度效应作用主要体现于花岗岩屈服之前，而加载速率效应作用主要体现于在屈服后阶段。温度和加载速率的升高，都对前期微裂缝的形成起到了抑制作用，微裂纹的发展逐渐由宏观小裂缝代替，二者的升高也使得岩石内部岩粒单元间的传导更加稳定，应力场分布更加均匀。温度效应作用于岩石的材料属性改变，加载速率效应作用于岩石的结构属性改变。在低加载速率下花岗岩温度效应尚可体现，两者效应可以叠加，但在高加载速率下花岗岩温度效应则不在体现出影响效果，说明加载速率效应的影响要优先于温度效应的影响。 （3）基于声发射损伤变量计算出的弹、塑性能曲线，能够直观反映花岗岩破坏过程中的各个特征应力点，可用于研究花岗岩的损伤破坏演化过程和破坏前兆信息，弹性能曲线峰值点和弹塑性能曲线相交点可做为花岗岩破坏的前兆信息。 （4）分析加载速率效应下的能量曲线变化时发现：加载速率的提高，使得弹性蓄能阶段的裂纹发展更加稳定高效，降低了花岗岩的弹性储能性能，减少突然性大破坏发生的概率。因此得到结论：屈服前段的预先损伤，可以降低花岗岩的弹性储能性能，从而降低岩爆发生的可能。
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