張艷博，李海洋，姚旭龍，孫 林，田寶柱，梁 鵬

(1.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，河北 唐山 063009；2.華北理工大學(xué)河北省礦業(yè)開(kāi)發(fā)與安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 唐山 063009)

采選技術(shù)

不同應(yīng)力環(huán)境下巷道開(kāi)挖卸荷巖爆模擬實(shí)驗(yàn)研究

張艷博1，2，李海洋1，2，姚旭龍1，2，孫 林1，2，田寶柱1，2，梁 鵬1，2

(1.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，河北 唐山 063009；2.華北理工大學(xué)河北省礦業(yè)開(kāi)發(fā)與安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 唐山 063009)

采用Plaxis 3D數(shù)值模擬軟件，以應(yīng)力環(huán)境對(duì)巷道巖爆的影響問(wèn)題為切入點(diǎn)，從位移云圖、應(yīng)力應(yīng)變曲線和塑性點(diǎn)分布等方面開(kāi)展不同應(yīng)力對(duì)巷道巖爆問(wèn)題的研究工作，為巷道巖爆預(yù)防及治理提供研究基礎(chǔ)。研究結(jié)果表明，巷道開(kāi)挖卸荷過(guò)程中，圓形巷道左右兩側(cè)同時(shí)出現(xiàn)了應(yīng)力集中和位移集中，此部位最易發(fā)生巖爆。開(kāi)挖過(guò)程中，根據(jù)周圍巖體距巷道側(cè)壁的厚度的關(guān)系，可將開(kāi)挖操作對(duì)周圍巖體的影響劃分為“開(kāi)始變大”、“明顯增大”、“急劇增加”三個(gè)區(qū)域。巷道的左右兩側(cè)壁會(huì)產(chǎn)生高應(yīng)力集中區(qū)和位移集中區(qū)，最大應(yīng)力隨著水平應(yīng)力的增加呈線性增長(zhǎng)，巷道發(fā)生位移集中區(qū)域的面積與水平應(yīng)力呈指數(shù)型正相關(guān)關(guān)系變化。位移集中區(qū)域中心與巷道側(cè)壁的距離是圓形巷道半徑的2/5，隨著應(yīng)力的增加，位移集中區(qū)域向周圍擴(kuò)張，巖爆的程度及影響范圍也隨之增大。

應(yīng)力；開(kāi)挖卸荷；巖爆；Plaxis 3D

巷道原巖應(yīng)力場(chǎng)包括自重應(yīng)力場(chǎng)和構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)，構(gòu)造應(yīng)力由構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起，其基本特點(diǎn)是以水平應(yīng)力為主，具有明顯的方向性和區(qū)域性。水平應(yīng)力是影響巷道頂板冒落、底板鼓起、兩幫內(nèi)擠的主要因素，國(guó)內(nèi)外的研究表明：導(dǎo)致巷道巖爆的主要因素是水平應(yīng)力而不是垂直應(yīng)力[1]。

在數(shù)值模擬方面，唐禮忠等[2]采用數(shù)值模擬方法，發(fā)現(xiàn)巖爆發(fā)生于具有巖爆傾向及應(yīng)力大且能夠產(chǎn)生能量突然釋放的區(qū)域；王青海等[3]運(yùn)用數(shù)值模擬方法發(fā)現(xiàn)大埋深環(huán)境下的隧道圍巖巖爆集中在兩幫和邊拱部位；此外，王學(xué)濱等、齊慶新等[4-5]均采用數(shù)值模擬對(duì)巖爆進(jìn)行研究，并取得部分研究成果。但是目前從巖爆的發(fā)生位置以及程度與水平應(yīng)力的關(guān)系方面定量化研究巖爆較少。

本次模擬實(shí)驗(yàn)主要是考慮了當(dāng)前礦井向深部發(fā)展，在垂直應(yīng)力增加的基礎(chǔ)上，影響更大的是水平應(yīng)力的增加，尤其是地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)域，例如擠壓性斷層、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造附近，開(kāi)挖會(huì)使水平應(yīng)力急劇變化[17]，巖爆事故率急劇上升，巖爆的發(fā)生直接導(dǎo)致了工程的延期、工程失敗、人員傷亡等重大災(zāi)難。通過(guò)開(kāi)展不同應(yīng)力環(huán)境下巷道巖爆模擬實(shí)驗(yàn)，從巖爆的位置及其強(qiáng)度的變化，找到巖爆隨應(yīng)力環(huán)境的變化規(guī)律，為巖爆的防治提供研究思路。

1 實(shí)驗(yàn)方案及模型的建立

1.1 軟件介紹及其優(yōu)點(diǎn)

Plaxis 3D軟件采用便捷的圖形化用戶界面，操作流程簡(jiǎn)明清晰，具備強(qiáng)大的建模、分析功能，內(nèi)嵌多種本構(gòu)模型，能模擬復(fù)雜的施工工程。作為一套專業(yè)的三維巖土有限元軟件，它的計(jì)算功能強(qiáng)大，使用范圍廣，可以進(jìn)行塑性、安全性、固結(jié)、滲流、動(dòng)力等多種類型的分析，對(duì)常規(guī)的巖土工程問(wèn)題如開(kāi)挖、支護(hù)、加載等進(jìn)行塑性分析。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案及模型建立

本次實(shí)驗(yàn)主要是模擬不同應(yīng)力環(huán)境對(duì)花崗巖巷道開(kāi)挖卸荷導(dǎo)致巖爆的影響實(shí)驗(yàn)研究，水平應(yīng)力設(shè)置9MPa、10.2MPa、13MPa，相應(yīng)的垂直應(yīng)力是45MPa、51MPa、65MPa。

實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ统叽缡?50mm×150mm×150mm，采用分步開(kāi)挖方式，每步開(kāi)挖30mm，最后在模型中部形成直徑為45mm、走向長(zhǎng)度為150mm的圓形巷道，如圖1所示。表1是根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)得到的模擬材料參數(shù)值[7]。

實(shí)驗(yàn)中開(kāi)挖工程共七階段，如圖2所示。第一階段是導(dǎo)入試件模型，見(jiàn)圖2(a)；第二階段是加載應(yīng)力環(huán)境，見(jiàn)圖2(b)；第三階段是開(kāi)挖第1部分，即0～30mm，見(jiàn)圖2(c)；第四階段是開(kāi)挖第2部分，即30～60mm；第五階段是開(kāi)挖第3部分，即60～90mm；第六階段是開(kāi)挖第4部分，即90～120mm；第七階段是開(kāi)挖第5部分，即120～150mm，見(jiàn)圖2(d)。

圖1 實(shí)驗(yàn)試件最終模型

表1 材料參數(shù)

參數(shù)名稱重度(g/cm3)彈性模量(kN/mm2)泊松比粘聚力(kN/mm2)內(nèi)摩擦角(°)數(shù)值2636000025060

圖2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

2 巖爆模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程分析

假設(shè)模擬的巖體不具有大尺度構(gòu)造面，且無(wú)明顯層理結(jié)構(gòu)，微結(jié)構(gòu)面相對(duì)于試驗(yàn)尺寸為無(wú)窮小，因此設(shè)置試件材料為均質(zhì)體。其中應(yīng)力應(yīng)變的分布見(jiàn)圖3，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模瑢?duì)巷道上部和左側(cè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析，以水平應(yīng)力為9MPa時(shí)為例。

圖3 水平應(yīng)力9MPa應(yīng)力應(yīng)變圖

選取了與加載方向垂直的應(yīng)變值分析，即σxx左-εzz左、σzz上-εxx上。圖4(a)是水平應(yīng)力為9MPa時(shí)，巷道左側(cè)的應(yīng)力應(yīng)變和位移曲線圖，圖4(b)是對(duì)曲線進(jìn)行求導(dǎo)得出的速度變化圖。從第6步開(kāi)始，應(yīng)力應(yīng)變位移曲線變化速度開(kāi)始變大，開(kāi)挖對(duì)于原巖應(yīng)力場(chǎng)的影響開(kāi)始變大；在第8步時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變和位移的斜率明顯增大；在第11步時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變和位移的斜率急劇增加，應(yīng)力應(yīng)變的調(diào)整速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于第8步時(shí)的速度，此時(shí)開(kāi)挖面距離監(jiān)測(cè)面15mm；在計(jì)算到第13步時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變位移的調(diào)整速度達(dá)到峰值，此時(shí)開(kāi)挖面與監(jiān)測(cè)面的距離為0mm，開(kāi)挖對(duì)應(yīng)力應(yīng)變的影響最大；在第三部分開(kāi)挖完成后，應(yīng)力應(yīng)變和位移的變化速度急劇降低，在第18步之后，應(yīng)力應(yīng)變的變化速度已經(jīng)非常小。

此外，Plaxis 3D屬于有限元軟件，在一定程度上不能模擬巖石脫離母體的現(xiàn)象。但是對(duì)于本次模擬的巷道巖爆問(wèn)題而言，所選取花崗巖為硬脆巖石，當(dāng)巖石的位移變化速度到達(dá)一定數(shù)量級(jí)后，就可以說(shuō)明巖石已經(jīng)發(fā)生破壞。在研究前人分析結(jié)果后，當(dāng)位移變化速度大于0.6mm/步時(shí)，硬脆性巖石已經(jīng)發(fā)生巖爆，在本次實(shí)驗(yàn)中，由圖4(b)可得，有兩次位移變化峰值大于0.6mm/步，故發(fā)生兩次巖爆。介于位移變化速度在開(kāi)挖后應(yīng)力調(diào)整的小波動(dòng)，在工程實(shí)際中也有可能出現(xiàn)巷道由于應(yīng)力調(diào)整的過(guò)快，產(chǎn)生二次巖爆。

圖4 巷道左側(cè)應(yīng)力應(yīng)變位移圖

3 不同應(yīng)力水平對(duì)巖爆的影響

在分析不同應(yīng)力水平對(duì)巖爆的影響時(shí)，主要選取應(yīng)力應(yīng)變曲線、有效主應(yīng)力等值面圖和位移云圖。由圖5可以看出，水平應(yīng)力越大，孔左側(cè)σxx越大，開(kāi)挖前后的應(yīng)力調(diào)整幅度反而降低，開(kāi)挖前后的應(yīng)變變化幅度提高，且在開(kāi)挖過(guò)程中，水平應(yīng)力越大，應(yīng)變調(diào)整的速度越大。

圖5 不同應(yīng)力環(huán)境下巷道左側(cè)應(yīng)力應(yīng)變曲線圖

圖6中的等值面圖主要反映了不同應(yīng)力水平環(huán)境下，有效主應(yīng)力σ1在模型試件上的分布，從圖6可看出，在高地應(yīng)力下，巷道完全開(kāi)挖后，在孔洞的右側(cè)壁形成一條明顯的應(yīng)力值在250～500kN/mm2的區(qū)域(下文中皆用高應(yīng)力集中區(qū)域來(lái)代表應(yīng)力值在250～500kN/mm2的區(qū)域)F、F1、F2，由于試件是對(duì)稱的，在孔洞的另一側(cè)也有同樣的高應(yīng)力集中區(qū)，這里只展示一個(gè)側(cè)面。在圓形巷道開(kāi)挖后，當(dāng)軸向應(yīng)力小于水平應(yīng)力即側(cè)壓力系數(shù)λ>1時(shí)，應(yīng)力集中區(qū)域一般發(fā)生在孔洞上下兩側(cè)中部；當(dāng)軸向應(yīng)力大于水平應(yīng)力即λ<1時(shí)，應(yīng)力集中區(qū)域一般發(fā)生在孔洞左右兩側(cè)中部，該理論也經(jīng)過(guò)了公式推導(dǎo)[8]。

在對(duì)比各個(gè)等值面之間的距離后發(fā)現(xiàn)，在靠近高應(yīng)力集中區(qū)域F時(shí)，應(yīng)力等值面呈“半環(huán)形”，由遠(yuǎn)及近，層層遞進(jìn)，相鄰的兩個(gè)等值面之間的距離也越來(lái)越小，也就是說(shuō)在側(cè)壁應(yīng)力集中區(qū)，應(yīng)力的梯度較大，應(yīng)力調(diào)整的幅度較大，應(yīng)力調(diào)整的速度較快，這一現(xiàn)象同樣發(fā)生在另外兩個(gè)水平應(yīng)力環(huán)境中，如圖F1、F2區(qū)域。

從圖7位移云圖對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)位移集中區(qū)域主要是集中在圓形巷道左右兩側(cè)，隨著水平應(yīng)力的增大，位移集中區(qū)域也在不斷擴(kuò)張。初略測(cè)量得到：水平應(yīng)力為9MPa時(shí)，E區(qū)域約是20.72mm2；水平應(yīng)力為10.2MPa時(shí)，E1區(qū)域約是57.57mm2；水平應(yīng)力為13MPa時(shí)，E2區(qū)域約是302.40mm2。

圖6 三種水平應(yīng)力的有效應(yīng)力等值面圖

圖7 三種水平應(yīng)力的位移云圖

在對(duì)水平應(yīng)力與位移區(qū)域面積曲線進(jìn)行擬合后發(fā)現(xiàn)，曲線滿足以下指數(shù)型關(guān)系，見(jiàn)下式。

y=0.0749e0.6366x(R2=0.98)

式中：y為位移區(qū)域面積；x為水平應(yīng)力值。

這表明隨著水平應(yīng)力的增加，位移集中區(qū)域面積也隨之呈指數(shù)型增長(zhǎng)，如圖8所示。此外通過(guò)圖7不難發(fā)現(xiàn)，位移集中區(qū)域并不是在巷道側(cè)壁，而是距離側(cè)壁一定的距離。經(jīng)過(guò)測(cè)量，位移集中區(qū)域中心位置距巷道側(cè)壁9mm處，該距離恰好是巷道半徑的2/5。

圖8 巖爆面積相關(guān)性擬合

圖9 塑性點(diǎn)圖

巖爆的發(fā)生意味著巖石已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)了劇烈破壞，通過(guò)對(duì)模型開(kāi)挖后塑性點(diǎn)的分析，如圖9是水平應(yīng)力為9MPa、10.2MPa、13MPa時(shí)的塑性點(diǎn)分布圖。由圖9可以看出，在圓形巷道的左右兩側(cè)壁，塑性點(diǎn)分布比較集中；在位置上，與位移圖相比，也符合位移集中區(qū)域所影響的范圍；而且塑性點(diǎn)僅出現(xiàn)在側(cè)壁，在其他位置均未產(chǎn)生，結(jié)合位移云圖，這也更加表明在巷道開(kāi)挖后，巖爆的發(fā)生最有可能先在巷道的側(cè)壁產(chǎn)生。

4 討論

在高應(yīng)力環(huán)境下，開(kāi)挖直徑為45mm的圓形巷道，圓形巷道左右兩側(cè)均出現(xiàn)了位移集中區(qū)域，這表明在巷道側(cè)壁最容易發(fā)生巖爆災(zāi)害，隨后在對(duì)有效主應(yīng)力的分析中，同樣出現(xiàn)了高應(yīng)力集中區(qū)域，通過(guò)對(duì)位移以及高應(yīng)力區(qū)域位置的對(duì)比，位移集中區(qū)域與高應(yīng)力集中區(qū)域在位置上幾乎相同，說(shuō)明在圓形巷道開(kāi)挖后，應(yīng)力在巷道左右側(cè)壁調(diào)整比較大，并形成了高應(yīng)力集中區(qū)域，由于應(yīng)力調(diào)整的迅猛性，而側(cè)壁的巖石在調(diào)整的過(guò)程中沒(méi)有如此迅速，側(cè)壁的巖石適應(yīng)不了集中的如此高的應(yīng)力，因此側(cè)壁上的巖石產(chǎn)生位移集中，從而導(dǎo)致巖爆的發(fā)生。

此外在對(duì)不同應(yīng)力環(huán)境下的位移云圖(圖7)和有效主應(yīng)力等值面圖(圖6)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，隨著水平應(yīng)力的增加，圖7中位移集中區(qū)域由水平應(yīng)力為9MPa時(shí)的E區(qū)域變化到水平應(yīng)力為13MPa時(shí)的E2區(qū)域，通過(guò)對(duì)位移集中區(qū)域的計(jì)算、統(tǒng)計(jì)和擬合；位移區(qū)域呈指數(shù)性增長(zhǎng)；有效主應(yīng)力σ1同樣具有一定的規(guī)律。在圖6中的F區(qū)域，通過(guò)對(duì)比水平應(yīng)力為9MPa、10.2MPa、13MPa的有效主應(yīng)力σ1的等值面圖，明顯的看到有效主應(yīng)力范圍由F中的一小塊增加到F2中的兩大塊。并且通過(guò)輸出F區(qū)域出現(xiàn)的最大應(yīng)力值，也表明不同水平應(yīng)力下，巖爆發(fā)生時(shí)的應(yīng)力也是呈線性增長(zhǎng)的。

由于應(yīng)力環(huán)境的提高，開(kāi)挖巷道后，應(yīng)力調(diào)整的幅度變大，這使得位移集中區(qū)域的巖石面臨著更大的應(yīng)變速率。如圖10所示，在應(yīng)力調(diào)整過(guò)程中，會(huì)在距巷道內(nèi)壁一定深處的地方形成支撐壓力高峰區(qū)，支撐壓力高峰區(qū)的形成直接導(dǎo)致其區(qū)域內(nèi)的巖石在高壓下碎脹，巖石的體積變大，向應(yīng)力小的方向擠壓。此外，巷道側(cè)壁在外力環(huán)境下，產(chǎn)生比較大的剪切應(yīng)力。在這兩方面因素雙重作用下，巷道側(cè)壁會(huì)產(chǎn)生顆粒彈射和片狀剝離等巖爆現(xiàn)象，并且隨著水平應(yīng)力的增加，支撐壓力峰值也會(huì)隨之增加，其影響范圍也會(huì)變大，具體在本次模擬實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)為：巖石的位移集中區(qū)域呈指數(shù)型增長(zhǎng)，應(yīng)力應(yīng)變都隨應(yīng)力的增加產(chǎn)生相應(yīng)的變化，巖爆也愈加劇烈。

圖10 巖爆示意圖

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)垂直應(yīng)力與水平應(yīng)力比值為5時(shí)巷道開(kāi)挖卸荷巖爆模擬實(shí)驗(yàn)的分析，主要得到以下結(jié)論。

1)開(kāi)挖會(huì)導(dǎo)致巷道左右兩側(cè)產(chǎn)生位移集中區(qū)、高應(yīng)力集中區(qū)和塑性點(diǎn)區(qū)，這表明巖爆更容易發(fā)生在巷道側(cè)壁。開(kāi)挖過(guò)程中，巷道側(cè)壁的應(yīng)力急劇降低，同時(shí)應(yīng)變變化速度急劇升高，應(yīng)變變化的范圍隨應(yīng)力的增大明顯增加。

2)巖爆位移集中區(qū)域中心與巷道側(cè)壁的距離為巷道半徑的2/5，且位移集中區(qū)域隨應(yīng)力的增加向周圍巖體擴(kuò)張，巖爆的影響范圍增大。

3)獲得了巷道位移集中區(qū)域的面積與水平應(yīng)力的數(shù)學(xué)關(guān)系模型，該模型服從關(guān)系式y(tǒng)=0.0749e0.6366x，呈指數(shù)型正相關(guān)增長(zhǎng)。

4)在開(kāi)挖面距離監(jiān)測(cè)面15mm時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變的變化速度急劇增加，此時(shí)對(duì)集中區(qū)域的高應(yīng)力進(jìn)行卸荷處理，可以有效地減小或防止巖爆的發(fā)生。

[1] 勾攀峰，韋四江，張盛.不同水平應(yīng)力對(duì)巷道穩(wěn)定性的模擬研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2010，27(2)：143-148.

[2] 唐禮忠，潘長(zhǎng)良，謝學(xué)斌，等.冬瓜山銅礦深井開(kāi)采巖爆危險(xiǎn)區(qū)分析與預(yù)測(cè)[J].中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，33(4)：335-338.

[3] 王青海，李曉紅，艾吉人，等.通渝隧道圍巖變形和巖爆的數(shù)值模擬[J].地下空間，2003，23(3)：291-295.

[4] 王學(xué)濱，潘一山.不同側(cè)壓系數(shù)條件下圓形巷道巖爆過(guò)程模擬[J].巖土力學(xué)，2010，31(6)：1937-1942.

[5] 齊慶新，陳尚本，王懷新，等.沖擊地壓、巖爆、礦震的關(guān)系及其數(shù)值模擬研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2003，22(11)：1852-1858.

[6] 張春生，劉寧，褚衛(wèi)江，等.錦屏二級(jí)深埋隧洞構(gòu)造型巖爆誘發(fā)機(jī)制與案例解析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2015，34(1)：2242-2250.

[7] 梁鵬，張艷博，田寶柱，等.巖石破裂過(guò)程聲發(fā)射和紅外輻射特性及相關(guān)性實(shí)驗(yàn)研究[J].礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā)，2015(3)：57-60.

[8] 趙文.巖石力學(xué)[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2010.

[9] 北京金土木軟件技術(shù)有限公司.PLAXIS 巖土工程軟件使用指南[M].北京：人民交通出版社，2010：4-5.

[10] 吝曼卿.模擬地下工程應(yīng)力環(huán)境梯度加載下的巖爆機(jī)理研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2013.

[11] 姚旭朋.圍壓卸荷誘發(fā)巖石破壞機(jī)理研究[D].沈陽(yáng)：東北大學(xué)，2005.

[12] 徐東強(qiáng)，秦乃兵，張艷博.圓形硐室?guī)r爆發(fā)生機(jī)制及預(yù)測(cè)預(yù)防[J].中國(guó)礦業(yè)，2000，9(3)：97-99.

[13] 邱道宏，張樂(lè)文，薛翊國(guó)，等.地下洞室分步開(kāi)挖圍巖應(yīng)力變化特征及巖爆預(yù)測(cè)[J].巖土力學(xué)，2011，32(S2)：430-436.

[14] 梁正召，龔斌，吳憲鍇，等.主應(yīng)力對(duì)洞室圍巖失穩(wěn)破壞行為的影響研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2015,34(S1)：3176-3187.

[15] 嚴(yán)鵬，謝良濤，范勇，等.不同開(kāi)挖方式下深部巖體應(yīng)變能的釋放機(jī)制[J].煤炭學(xué)報(bào)，2015(S1)：60-68.

[16] 范勇，盧文波，嚴(yán)鵬等.地下洞室開(kāi)挖過(guò)程圍巖應(yīng)變能調(diào)整力學(xué)機(jī)制[J].巖土力學(xué)，2013，34(12)：3580-3584，3586.

[17] 張艷博，劉祥鑫，梁正召，等.基于多物理場(chǎng)參數(shù)變化的花崗巖巷道巖爆前兆模擬實(shí)驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2014，33(7)：1347-1357.

Numerical investigation on rockburst of excavated and unloaded roadway based on different stresses condition

ZHANG Yanbo1，2，LI Haiyang1，2，YAO Xulong1，2，SUN Lin1，2，TIAN Baozhu1，2，LIANG Peng1，2

(1.College of Mining Engineering，North China University of Science and Technology，Tangshan 063009，China； 2.Mining Development and Technology Safety Key Lab of Hebei Province，North China University of Science and Technology,Tangshan 063009，China)

Adopting Plaxis 3D simulation software，it takes a research about the rockburst in different stress environments，which puts the effects of different stress environments on rockburst as the breakthough point to analyze the rockburst in terms of cloud displacement，stress-strain curves and distribution of plastic points.And this research aims to provide basis for the prevention and control of rockburst.The results show that during the tunnel excavation，the rockburst tends to occur mostly when the stress concentration and displacement concentration are simultaneously present at both sides of the tunnel，according to the thickness relation between surrounding rock and side wall of the tunnel，the impact of the excavation on surrounding rock can be divided into three regions including “start larger”，“significantly increase” and “sharp increase”.Both sides of tunnel generate a high stress concentration and displacement concentration，the maximum stress increases linearly with the horizontal stress increasing，and the area of the displacement concentration takes an exponentially positive correlation with the horizontal stress.The distance between the displacement concentration and the side wall of the tunnel is about 2/5 of the tunnel radius.With the increase of stress，the displacement concentration is expanding to the surrounding area，and degree of rockburst is also increasing.

stress；excavation；rockburst；Plaxis 3D

2016-05-12

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(編號(hào)：51374088,51574102)；河北省高等學(xué)校科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目資助(編號(hào)：QN2016125；QN2016124)；華北理工大學(xué)科學(xué)研究基金資助(編號(hào)：Z201501；Z201315)

張艷博(1973-)，男，河北徐水人，博士，教授，主要從事采礦巖石力學(xué)、地下工程防災(zāi)治理等領(lǐng)域的教學(xué)與科研工作，E-mail：fzdn44444@163.com。

TD353

A

1004-4051(2017)01-0072-05