摘要:为了研究地下洞室边墙围岩变形突变的产生机制，建立了边墙围岩嵌入块体的模型，从理论上分析了块体受到爆破扰动时产生滑移的机理，并采用LS-DYNA数值软件，计算了不同地应力下爆破开挖引起的块体的水平位移，认为爆破扰动诱发超低摩擦效应导致块体产生残余位移是引发变形突变的原因之一。研究结果表明：当侧压力系数相同时，随着水平地应力的增加，近区和远区爆破扰动所诱发的块体相对位移均呈现抛物线状增加，远区的爆破扰动诱发的块体位移平均可达到近区的60%左右。此外，研究了嵌入在边墙围岩内的两个块体在爆破扰动下的动力响应，发现爆破产生的能量主要被靠近临空面一侧的块体吸收消耗。
关键词:块体,地应力,爆破开挖,超低摩擦效应,变形突变
近年来，大规模的水电工程陆续修建，其中主要分布在西南地区的高山峡谷地带。受地形地质条件的限制，许多水电站采用了地下厂房的设计。这些处于较高地应力条件下的洞室在开挖过程中往往会诱发一系列的变形稳定问题，如突发大变形、岩爆等。
大量地下厂房的施工期安全监测数据显示，高地应力条件下，在爆破开挖的过程中，多点位移计的监测数据往往会呈现出一种阶梯式的突变，如表1所示。不难发现，地下厂房所在区域的地下岩体在结构面的影响下多以块状、层状等结构体的形式存在。在爆破开挖过程中，应力波在结构面上进行能量的累积和传递。在循环加卸载循环中，一部分不可逆的变形能会积聚在岩体内。
微小的扰动会使岩体产生变形，这种变形可能是引发位移变形突变的动力性质[1]。同时，如果这种扰动的能量达到一定的水平，块系岩体的界面性状和应力状态将发生改变，导致块体接触面间的动摩擦系数大大降低，引起块体产生滑移，即超低摩擦效应.
近年来，深部岩体的超低摩擦现象引起了国内外岩石力学领域专家学者的关注。Kurlenya在对深部块系岩体动力传播研究中发现了超低摩擦现象[2]，钱七虎和王明洋等研制出可进行动力和静力研究的多功能实验装置[3，4]，并进行了冲击荷载下超低摩擦效应实验。吴昊研究了超低摩擦现象产生的内在机理[5]。潘一山等等研究了块系岩体的超低摩擦效应发生的规律，分析了岩块尺度、岩体特性和外界扰动等对超低摩擦的影响[6，7]。王来贵采用数值模拟研究了地震作用下含有结构面的边坡的超低摩擦效应和启滑机制[8]。根据深部地下洞室所处的岩体结构特征，从超低摩擦效应的角度入手，结合理论分析与数值模拟，对不同地应力条件下洞室围岩的变形突变机制进行了探讨。
1理论分析
变形突变现象大多伴随洞室爆破开挖产生，在分部开挖中的各个阶段都有可能出现，受施工的影响程度较大。如锦屏水电站地下厂房在分层开挖过程中，通过多点位移计的监测发现洞室围岩出现了位移突变的现象，尤其是在第四层的开挖初始阶段，出现了明显的突变现象[16]，给工程安全施工带来了极大的隐患，因此在地下洞室爆破开挖过程中需要对围岩变形的产生机理进行深入研究。
地下工程中的岩体，可以看作是具有不同尺寸等级块系岩体的组合。李杰在研究微扰动诱发的滑移型岩爆时，假定地下坑道围岩中存在一锥形关键块体，提出了图1所示的简化模型，分析了岩块在微扰动下状态的改变，并给出了岩块失稳所应当满足的条件[17]
以克服界面对运动的阻力时，岩块将失稳。
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