高應(yīng)力硬巖開挖擾動的能量耗散規(guī)律

曹文卓 ，李夕兵 ，周子龍 ，葉海旺，吳浩

(1. 中南大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院，湖南 長沙，410083；2. 深部金屬礦產(chǎn)開發(fā)與災(zāi)害控制湖南省重點實驗室，湖南 長沙，410083；3. 武漢理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢，430070)

隨著地下開采往深部發(fā)展，高應(yīng)力環(huán)境下的各種災(zāi)害現(xiàn)象頻繁發(fā)生。而深部開采作為未來的發(fā)展趨勢，解決其深部開挖動力擾動所引起的力學(xué)響應(yīng)和能量特征問題無疑具有重要意義。深部巖體中巷道的開挖可以歸結(jié)為巖石高應(yīng)力下卸荷問題，在巷道開挖過程中圍巖的側(cè)壓被解除，圍巖產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而積聚大量應(yīng)變能。當(dāng)其應(yīng)力狀態(tài)達到巖體承載的極限時，巖石就會被破壞。國內(nèi)外對于高應(yīng)力卸荷的研究大體分3 個階段：第1 階段是定性研究[1]，對于高應(yīng)力環(huán)境下卸荷的認識可追溯到200 多年前巖爆的記載，但近年來才引起各國研究者的注意。第2 階段是定量研究和巖石試驗。國內(nèi)外研究者的研究主要集中在不同應(yīng)力路徑的卸載過程、應(yīng)力場重分布特征、能量特征、變形破壞特征、破壞區(qū)損傷特征、裂紋擴展、巷道斷面優(yōu)化等方面，如Martin 等[2]觀察并詳細描述了圓形巷道的脆性斷裂破壞過程；Wu 等[3]引入擾動狀態(tài)概念研究了巖體的卸荷破壞特征；Ren 等[4]提出了不同地應(yīng)力狀態(tài)下開挖形狀的優(yōu)化方法；Kaiser 等[5]以個例形式研究采動影響下的應(yīng)力變化和應(yīng)力路徑對開挖穩(wěn)定性的影響。第3 階段是數(shù)值模擬和仿真階段，在建立的仿真模型能夠在一定程度上反映特定巖體力學(xué)性質(zhì)的情況下，利用軟件基于的細觀力學(xué)機制，描述宏觀條件下巖體試驗和室內(nèi)巖石試驗所不能直接測定的變量和參數(shù)，如能量演化特征、應(yīng)力場的時空分布狀態(tài)等，以彌補和驗證傳統(tǒng)試驗中獲得的經(jīng)驗性認識。如Fakhimi 等[6]模擬了巖石中圓形開挖的破壞效應(yīng)；Cai等[7]利用有限差分程序FLAC 探討了應(yīng)力路徑對開挖面力學(xué)響應(yīng)的影響；Zhu 等[8-9]借助基于彈性損傷理論的有限元軟件RFPA，研究了側(cè)壓系數(shù)對巷道圍巖破裂形式的影響；鄒洋等[10]利用PFC 2D 軟件進行了巷道開挖后動能釋放規(guī)律和應(yīng)力重分布規(guī)律的研究。巖體作為不連續(xù)的裂隙介質(zhì)，其力學(xué)性質(zhì)和動力響應(yīng)不僅受內(nèi)在結(jié)構(gòu)面和初始孔隙、微裂紋的影響，同時應(yīng)考慮到巖體所處的復(fù)雜的地下應(yīng)力環(huán)境和特有的地質(zhì)環(huán)境，尤其是巖體自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力的影響。因此，對于深部巖體的破壞研究，傳統(tǒng)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線等指標(biāo)已不能滿足要求，而應(yīng)從其本質(zhì)即能量的積累和釋放的角度進行分析[11]。而硬巖的彈脆性以及高儲能性使得在能量角度研究巖石的高圍壓卸荷特征具有重要的意義。然而，對于巖石和巖體能量耗散的研究目前多停留在定性描述巖體單元內(nèi)能量的轉(zhuǎn)化過程，且只能通過室內(nèi)巖石加卸載試驗和現(xiàn)場監(jiān)測開挖巖體附近應(yīng)力應(yīng)變變化、頂板沉降等方法佐證能量的演化過程。本文以PFC 2D 軟件為平臺，建立深部的巖體開挖模型，選取圓形巷道、矩形巷道和半圓拱形巷道3種不同開挖斷面形狀，研究不同地應(yīng)力荷載水平條件和不同巷道斷面形狀對開挖巷道周邊圍巖的裂紋擴展規(guī)律、應(yīng)力重分布規(guī)律以及可釋放應(yīng)變能和動能演化規(guī)律的影響，并且定量給出巖體能量演化隨巷道開挖的時程變化曲線，以揭示了能量在巖體中的時空分布狀況。

1 PFC 2D 的能量監(jiān)測機制

PFC 2D 作為從細觀角度描述介質(zhì)顆粒接觸狀態(tài)變化的微觀力學(xué)程序，其內(nèi)置的能量監(jiān)測機制可以對應(yīng)變能、總動能、摩擦功等多種能量進行跟蹤記錄，實時反映能量演變與受力狀態(tài)和荷載條件等的關(guān)系。軟件依據(jù)顆粒體本身能量、顆粒間的接觸關(guān)系以及顆粒間的黏結(jié)關(guān)系，先解算出2 個顆粒間的存儲能和耗散能，再通過遍歷顆粒體、顆粒接觸和顆粒黏結(jié)的方式將能量求和，反映出宏觀介質(zhì)的能量分布和演化行為。其能量監(jiān)測的細觀機制如下。

(1) 墻體對顆粒集合體所作功Ew為

式中： Nw, Fi, M3,ΔUi和Δθ3分別指墻體數(shù)目、墻體總受力、墻體總受力矩、計算位移增量和計算旋轉(zhuǎn)增量。

(2) 接觸中存儲的總應(yīng)變能Ec為

式中： Nc, Fin, Fis,kn和ks分別為接觸總數(shù)、接觸間法向接觸力和切向接觸力、接觸間法向剛度和切向剛度。

(3) 平行黏結(jié)中存儲的總應(yīng)變能Epb為

(4) 顆粒集合體接觸間摩擦總耗能Ef為

(5) 顆粒集合的總動能Ek為

式中： mi, Ii,vi和 ωi分別為單個顆粒的質(zhì)量、慣性矩、平動速度和轉(zhuǎn)動速度。

PFC 2D 的邊界條件有墻體邊界條件和顆粒邊界條件2 種。為保證所建巖體模型周邊高應(yīng)力環(huán)境，本次模擬時對模型設(shè)置墻體邊界條件，通過伺服機制維持巷道周邊巖體邊界應(yīng)力不變。墻體邊界條件不能對模型設(shè)置靜態(tài)邊界(又稱黏性邊界或吸收邊界)以吸收邊界上的反射波，應(yīng)力波的多次反射會對能量演化時程曲線造成擾動，但對于能量終值影響很小。另外，本文對模型設(shè)置了一定的阻尼，以使得多次反射的應(yīng)力波所攜帶的能量能夠耗散完全。

2 PFC 2D 細觀參數(shù)標(biāo)定

標(biāo)定過程需要進行一系列試錯試驗，而且后續(xù)標(biāo)定的參數(shù)會影響之前標(biāo)定的參數(shù)，此時就需要同時改變2 個及2 個以上的參數(shù)進行聯(lián)合標(biāo)定。標(biāo)定試驗的模型和試驗結(jié)果如圖1 和表1 所示，平行黏結(jié)模型的微觀參數(shù)如表2 所示。

表1 巖石室內(nèi)力學(xué)參數(shù)與數(shù)值試驗標(biāo)定結(jié)果Table 1 Test mechanical parameters and calibration results of numerical experiment of rock

表2 PFC 顆粒模型細觀參數(shù)Table 2 Microscopic parameters of PFC model

圖1 PFC 單軸壓縮試驗?zāi)Ｐ图霸囼灲Y(jié)果Fig.1 PFC model and result of uniaxial compression test

3 數(shù)值模型建立

以貴州開陽磷礦的礦區(qū)地質(zhì)條件為背景，建立二維巖體模型。根據(jù)圣維南原理，巖體的開挖擾動僅對一定范圍的巖體有明顯影響，考慮數(shù)值模擬的邊界效應(yīng)，按開挖面積不大于巖體模型尺寸的5%建模，建立長×寬為10 m×10 m 的二維巖體模型。模擬中選取3 種巷道斷面類型，保持開挖面積均為4.0 m2：圓形巷道開挖直徑為2.26 m；矩形巷道長寬均為2.0 m；半圓拱形巷道直墻壁高1.06 m，拱高1.06 m，巷道寬2.12 m。巖體模型可看作巷道圍巖，墻體邊界條件對巖體模型所做功可看作擾動傳至深部后深部巖體對巷道圍巖的響應(yīng)。

巖體模型建立的具體步驟為：(1) 生成4 個約束墻體，為達到滑動邊界條件，墻體的摩擦因數(shù)設(shè)為0。(2) 在限制墻體內(nèi)生成壓緊的顆粒，在PFC 2D 中孔隙率不小于0.08[12]，采用顆粒排斥法生成32 583 個顆粒，粒徑范圍0.02～0.04 m，服從均勻分布，顆粒生成時采用線性接觸模型。(3) 對于模型中與其他球體接觸數(shù)小于3 的“漂浮”顆粒，通過編寫fish 函數(shù)用增大其半徑的方法消除，然后對所有顆粒間的接觸施加平行黏結(jié)。(4) 采用fish 語言編寫的伺服控制加載程序，對模型施加初始地應(yīng)力，即對模型頂?shù)酌婧妥笥覀?cè)面的墻體同時以控制速度的方式加載至特定應(yīng)力狀態(tài)。(5) 利用delete 命令實現(xiàn)模型的瞬態(tài)開挖過程。

由文獻[13]現(xiàn)場測量的地應(yīng)力場分布規(guī)律的回歸結(jié)果，說明開陽磷礦地應(yīng)力場是由水平構(gòu)造應(yīng)力為主導(dǎo)的，且水平構(gòu)造應(yīng)力主應(yīng)力σhmax位于近水平方向，呈近南北走向。分別考慮采深為600，800 和1 000 m的礦區(qū)地應(yīng)力情況，水平地應(yīng)力σx分別取19.56，25.16和30.76 MPa，豎直應(yīng)力σy分別取9.14，11.94 和14.74 MPa。模擬以開挖瞬時為計時起點，記錄整個巖體模型各種能量的時程變化。

4 巷道破裂過程模擬

4.1 巷道破裂過程的模擬結(jié)果

采深決定了不同的初始地應(yīng)力荷載水平，巷道斷面形狀直接影響巷道周邊的初始應(yīng)力分布。在600，800 和1 000 m 深度，分別選取圓形、矩形和半圓拱形3 種不同巷道斷面形狀，研究開挖擾動對圍巖損傷破裂區(qū)域的影響。不同采深條件下各巷道斷面形狀的圍巖損傷情況如圖2 所示。采深600 m 時，開挖卸載0.02 s 后巷道周邊僅出現(xiàn)81 個裂紋，圓形巷道主要出現(xiàn)底板破壞，矩形和半圓拱形巷道的破裂區(qū)在頂?shù)装寰蟹植迹浑S深度增加裂紋數(shù)量和分布區(qū)域都有所增加，采深增至1 000 m 時，頂?shù)装寰辛鸭y，總數(shù)增至803個，圓形巷道的裂紋區(qū)集中于頂板，矩形巷道和半圓拱形巷道出現(xiàn)明顯的底鼓，頂板開始出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象，說明在此深度開挖后應(yīng)該及時采取支護措施。

圖2 開挖卸載0.02 s 后裂紋擴展圖Fig.2 Crack propagation after 0.02 s of excavation

開挖0.02 s 后產(chǎn)生的裂紋數(shù)量隨深度變化的規(guī)律如表3 所示。采深從600 m 增至800 m 過程中，裂紋總數(shù)增長緩慢；繼續(xù)增至1 000 m 時，裂紋數(shù)量開始急劇增長。在相同采深情況下，圓形開挖的裂紋數(shù)最少，而半圓拱形開挖的裂紋數(shù)最多。

表3 開挖0.02 s 后不同巷道斷面的裂紋數(shù)量Table 3 Crack numbers with different tunnel cross sections after 0.02 s of excavation

在巷道圍巖破裂區(qū)，張拉裂紋占裂紋總數(shù)80%以上，且隨采深增加張拉裂紋所占比例增大。這是因為在頂?shù)装甯浇^大的水平壓應(yīng)力易使巖體顆粒間黏結(jié)沿垂直巷道邊界方向發(fā)生斷裂，產(chǎn)生張拉裂紋；只有少數(shù)巖體顆粒黏結(jié)由于壓應(yīng)力作用發(fā)生平行于顆粒接觸面的錯動，產(chǎn)生剪切裂紋，如圖3 所示。隨著采深增加頂?shù)装宓膲簯?yīng)力相應(yīng)增大，宏觀表現(xiàn)為更易出現(xiàn)拉伸裂紋。

4.2 開挖擾動下巷道圍巖的破裂形式

以處于平面應(yīng)變條件下，承受雙向應(yīng)力的彈性介質(zhì)中的圓形巷道為例，在巷道邊界處，有r=a，根據(jù)經(jīng)典的基爾希解[14]可得到其周邊應(yīng)力為：

其中：σrr，σθθ和σrθ分別為巷道圍巖的徑向正應(yīng)力、環(huán)向正應(yīng)力和切向應(yīng)力；p 為豎直應(yīng)力；λ 為側(cè)壓系數(shù)；a 為圓形巷道半徑；r 為離巷道中心的距離；θ 為與水平軸的夾角。

由式(6)可知，當(dāng)λ＞1 時，巷道頂?shù)装宄霈F(xiàn)壓應(yīng)力集中，而兩側(cè)壁出現(xiàn)壓應(yīng)力松弛。對于其他斷面形狀的巷道，Zhu 等[8]總結(jié)了不同側(cè)壓系數(shù)下巷道周邊圍巖的應(yīng)力分布圖，應(yīng)力集中區(qū)的分布形態(tài)與圓形巷道表現(xiàn)出較好的空間一致性。本文模擬中，側(cè)壓系數(shù)λ 穩(wěn)定在2.1 左右，巷道兩側(cè)壁處于受垂直邊界方向卸載影響導(dǎo)致的壓應(yīng)力松弛區(qū)，頂?shù)装逄幱谘仄叫羞吔绶较蚣虞d作用形成的壓應(yīng)力集中區(qū)，頂?shù)装鍘r體顆粒在壓應(yīng)力作用下首先產(chǎn)生破壞。

Detournay 等以標(biāo)準(zhǔn)化平均應(yīng)力和標(biāo)準(zhǔn)化偏應(yīng)力的關(guān)系為基準(zhǔn)，總結(jié)了4 種圓形未支護巷道的破裂形態(tài)[15]，如圖4 所示。其中，σ1為水平地應(yīng)力，σ3為豎直地應(yīng)力，σ*c為巖體的抗壓強度。本文模擬中圓形巷道在3 種采深下的應(yīng)力狀態(tài)均位于圖中的I 區(qū)域，模擬結(jié)果與圖中總結(jié)的破裂形態(tài)極吻合。這說明開陽磷礦600～1 000 m 采深范圍內(nèi)的原巖應(yīng)力狀態(tài)會引起巷道頂?shù)装鍘r石破裂，并向壓應(yīng)力區(qū)擴展，但并不足以形成包絡(luò)巷道全斷面的蝴蝶形破壞或橢圓形破壞。另外，Read 等[16-17]的模擬結(jié)果也驗證了λ＞1 時巷道頂?shù)装鍟紫瘸霈F(xiàn)類似的拉伸破裂現(xiàn)象。

圖3 裂紋生成原理示意圖Fig.3 Schematic diagrams of crack generation

圖4 破壞模式與應(yīng)力狀態(tài)關(guān)系圖[15]Fig.4 Relationship between failure modes and stress state for an unsupported opening[15]

5 開挖擾動的能量耗散規(guī)律

5.1 巷道開挖的能量耗散規(guī)律

本文模擬時先統(tǒng)計施加地應(yīng)力后整個巖體模型各能量的初值，然后以開挖瞬時為計時起點，每隔一定時間步記錄整個巖體模型各種能量相對于開挖前的變化，得到開挖后巷道圍巖的能量耗散曲線。以采深600 m 的圓形巷道開挖為例，開挖后巷道圍巖的能量耗散曲線如圖5(a)所示。其中，接觸應(yīng)變能和黏結(jié)應(yīng)變能之和為巖體模型的總應(yīng)變能。對于深部巖體中的巷道，由能量耗散理論有U=Ud+Ue+Uk，其中U，Ud，Ue和Uk分別表示總外力對巖體做的功、耗散能、可釋放彈性應(yīng)變能和動能。能量的演化曲線動態(tài)描述巖體模型各能量演化過程的同時始終滿足上式關(guān)系。

觀察到總動能在開挖后約1 ms 后達到峰值，而應(yīng)變能在開挖后約3.5 ms 后達到峰值，這說明應(yīng)變能的積聚較動能的釋放有一個滯后過程。開挖卸荷后，巖體模型中的應(yīng)變能首先釋放，轉(zhuǎn)變?yōu)閲鷰r應(yīng)力重分布和少量巖塊彈射所需的動能；隨著時間發(fā)展，深部巖體對巷道周邊圍巖做功，其過程相當(dāng)于加載波的作用，補充周邊圍巖的應(yīng)變能。通過加載波的幾次反射，波所攜帶的能量在巷道周邊圍巖中分布均勻，總應(yīng)變能也趨于定值。

外力所做功即深部巖體對巷道圍巖的作用大部分轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)變能儲存在巖體中，巖石中裂紋萌生、擴展所消耗的能量和巖石間摩擦的耗散能較小，轉(zhuǎn)化成的動能也較少，總釋放動能也僅占外力所做功的10%左右，即開挖后巖體后續(xù)應(yīng)變能的積累量遠大于巷道圍巖總釋放動能與總耗散能之和，約為兩者之和的10倍，這也是開挖擾動容易造成巷道圍巖應(yīng)力集中、應(yīng)變能極大積累從而引發(fā)圍巖破裂、損傷乃至崩落、垮塌的重要原因之一。

圖5 不同采深情況下圓形開挖的能量耗散演化曲線Fig.5 Energy dissipation evolving curves of circular cross section under different mining depths

5.2 采深對開挖擾動能量演化的影響

以圓形巷道斷面為例，采深分別為600，800 和1 000 m 時開挖擾動的能量變化如圖5 所示。各采深下的巷道開挖表現(xiàn)出同樣的能量變化特征，但隨著深度的增加，各部分能量急劇增加。

比較600 m 和1 000 m 采深的動能變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)采深600 m 時，巷道開挖卸載0.02 s 后總應(yīng)變能和總耗散能趨于定值，總釋放動能趨于0 kJ，說明圍巖應(yīng)力重分布過程已經(jīng)基本完成，且在此過程中開挖只引起巷道圍巖的損傷和裂紋的擴展，并未發(fā)生巖塊彈射現(xiàn)象；采深1 000 m 時，巷道開挖卸載0.02 s 后總應(yīng)變能和總耗散能趨于定值，但仍殘余10.2 kJ 的總動能，說明圍巖應(yīng)力重分布過程已經(jīng)基本完成，殘余動能主要用于少量巖塊的崩落和彈射。因此，在開挖卸載瞬間，最大釋放動能并不像傳統(tǒng)觀念所認識的一樣，主要存在于圍巖表面的少量彈射巖塊中，而是90%以上的動能分布在巷道周邊圍巖中，用于大量巖石顆粒的細微調(diào)整和微小運動，為深部巖體應(yīng)力重分布提供初始能量。在這個角度上看，選取最大釋放動能為指標(biāo)進行巖爆能量相關(guān)的研究以及利用最大釋放動能進行彈射巖塊的速度計算欠妥當(dāng)。

比較不同采深下的巖體總動能峰值與總耗散能之比，發(fā)現(xiàn)采深600 m 時總動能遠大于總耗散能，采深800 m 時總動能略大于總耗散能，而采深1 000 m 時總動能遠小于總耗散能。另外，隨著深度從600 m 增加至1 000 m，總應(yīng)變能與總外力做功之比從85%降至75%，而總耗散能與總外力做功之比從8%上升至16%。這說明在600～1 000 m 范圍內(nèi)，采深越深，開采擾動后深部巖體顆粒位置微小調(diào)整和應(yīng)力重分布的過程越劇烈。而巖體顆粒的位置微調(diào)和摩擦耗散過程必然伴隨著裂紋的萌生和擴展，這也佐證了在深部巖體中能量大多耗散于大面積巖體顆粒間的位移行為而非少量巖塊的彈射行為。

5.3 斷面形狀對開挖擾動能量演化的影響

在相同采深和初始地應(yīng)力條件下，不同斷面形狀的巷道表現(xiàn)出類似的能量演化特征。采深800 m 時圓形、矩形和半圓拱形巷道開挖的能量耗散曲線如圖6所示。在3 種開挖形式中，圓形斷面幾何形狀光滑，產(chǎn)生的擾動效應(yīng)最小，因此，對于巖體積聚的總應(yīng)變能、釋放的總動能以及外力所做功，圓形斷面最小，半圓拱形斷面次之，矩形斷面最大。

對比3 種斷面形式的總耗散能，發(fā)現(xiàn)半圓拱形巷道總耗散能大于圓形和矩形開挖的總耗散能。這與表3 中開挖形式的裂紋總數(shù)不同時結(jié)果一致，因為對于圓形開挖和矩形開挖，頂?shù)装逄幍臄嗝嫘螤詈蛻?yīng)力分布狀態(tài)呈對稱分布，半圓拱形開挖卻處于非對稱狀態(tài)，容易造成應(yīng)力集中和底板破壞，且不利于巖體顆粒的位置調(diào)整和應(yīng)力的重新分布，必然會耗散較多能量，產(chǎn)生較多裂紋。

圖6 采深800 m 情況下不同斷面形式開挖的能量耗散曲線Fig.6 Energy dissipation evolving curves of different cross sections under mining depth 800 m

5.4 裂紋與總耗散能的相關(guān)關(guān)系

由于巖石顆粒間的摩擦耗散能主要用于產(chǎn)生裂紋，因此，裂紋總數(shù)與能量耗散表現(xiàn)出一定規(guī)律。以采深1 000 m 處圓形開挖為例，其裂紋生成的時程變化如圖7 所示。從圖7 可見：從開挖卸載瞬時開始，裂紋數(shù)量以穩(wěn)定速度增加，直至10 ms 后裂紋擴展開始變緩直至趨于穩(wěn)定。巖體裂紋總數(shù)與耗散能的關(guān)系曲線如圖8 所示。由圖8 可見：巖石的耗散能和產(chǎn)生裂紋總數(shù)呈現(xiàn)極好的線性相關(guān)性，這是因為裂紋的產(chǎn)生由顆粒平行黏結(jié)的法向強度和切向強度控制，當(dāng)2個顆粒間的黏結(jié)強度以平均強度為基準(zhǔn)、遵循標(biāo)準(zhǔn)差的形式分布時，產(chǎn)生裂紋的難易程度不隨時間變化而改變，因此，裂紋數(shù)量與耗散能的增加表現(xiàn)出線性關(guān)系。

圖7 裂紋擴展時程曲線Fig.7 Time history curves of crack propagation

圖8 巖體裂紋總數(shù)與耗散能的關(guān)系曲線Fig.8 Relationship between total crack numbers and dissipated energy

6 結(jié)論

(1) 當(dāng)側(cè)壓系數(shù)λ=2.1 時，深部高地應(yīng)力作用下巷道開挖破裂區(qū)中拉伸裂紋占裂紋總數(shù)80%以上，且裂紋多集中于巷道頂?shù)装逦恢谩Ｆ屏褏^(qū)域隨采深增加而增加，破裂面積圓形斷面最小，半圓拱形斷面和矩形斷面較大。

(2) 開挖卸載后的能量演化是一個動態(tài)調(diào)整的過程，首先巷道圍巖的應(yīng)變能轉(zhuǎn)化為巖體的總動能和耗散能，總動能在開挖約1 ms 后達到峰值；然后深部巖體對巷道圍巖做功，巷道圍巖的應(yīng)變能開始重新積聚，在開挖約3.5 ms 后達到峰值，完成能量的耗散過程及應(yīng)力重分布過程。

(3) 在開挖卸載瞬間，最大釋放動能并不像傳統(tǒng)觀念所認識到的一樣，主要存在于圍巖表面的少量彈射巖塊中，而是90%以上的動能廣泛分布在巷道周邊圍巖中，用于大量巖石顆粒的細微調(diào)整和微小運動，為深部巖體應(yīng)力重分布提供初始能量。

(4) 在維持高應(yīng)力基本不變的情況下，開挖后巖體后續(xù)應(yīng)變能的積累量約為巷道圍巖總釋放動能與總耗散能之和的10 倍，這也是開挖擾動容易引起圍巖破裂損傷乃至垮塌的重要原因之一。

(5) 裂紋產(chǎn)生的時程曲線和巖體總耗散能的時程曲線較好吻合，兩者表現(xiàn)出極好的線性相關(guān)關(guān)系，巖體的總耗散能主要用于巖體顆粒間裂紋的萌生、擴展及貫通。

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