王炀等-JRMGE 埋深应力条件对隧道岩爆声发射时空演化规律研究

　　随着深埋隧道工程不断向深部延伸，围岩所处的地应力水平显著提高，岩爆灾害的发生风险及破坏程度不断增加。地应力变化对岩爆孕育演化、裂纹扩展及声发射时空分布的影响规律，是认识深部岩爆灾变机理和实现监测预警的重要科学问题。针对上述问题，中国地质科学院地质力学研究所王炀开展了不同埋深地应力条件下岩爆声发射时空演化特征研究。通过真三轴岩爆模拟试验，结合声发射矩张量反演、空间分形分析、核密度估计及被动P波速度层析成像等方法，揭示了地应力变化对岩爆破坏模式及围岩损伤演化的影响规律。研究结果表明：（1）随着地应力水平提高，岩爆破坏程度及范围明显增大，围岩破裂机制由张拉破坏为主逐渐向剪切破坏占优转变；（2）声发射空间分形维数在岩爆孕育过程中呈现先增大后减小的演化特征，反映了围岩损伤由分散扩展向局部集中的演变过程；（3）随着模拟埋深增加，围岩内部低波速损伤区域明显扩大，岩爆损伤范围逐渐向围岩深部扩展；（4）综合多种声发射分析方法，提出了基于微裂纹破裂机制、空间聚集特征及波速变化的岩爆损伤阶段综合识别方法，为岩爆前兆信息提取与监测预警提供了新的研究思路。

　　岩爆灾害的孕育与发生受地应力环境、围岩结构及岩体力学性质等多种因素共同控制，其内部损伤演化过程及失稳机制的准确识别是深部地下工程灾害防控的重要科学问题。本研究从声发射时空分布及围岩内部损伤演化角度，揭示了地应力环境对洞室围岩裂纹扩展、损伤区域演化及岩爆失稳破坏的影响机制，为深入认识复杂地应力条件下岩爆灾变过程提供了新的依据，对重大深埋地下工程的岩爆危险区域识别、监测预警及灾害防控具有重要参考价值。

　　该研究成果已发表于国际岩石力学领域TOP期刊《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》（Wang, Y., Karakus, M., He, M., & Liu, D., 2026 .Influence of depth-dependent in-situ stress on the spatiotemporal distribution of acoustic emissions during rockbursts in circular openings. 链接：https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2026.09.003）上。本研究得到国家自然科学基金项目（W2511039、42607350）及中国地质科学院地质力学研究所基本科研业务费项目（DZLXJK202402）的联合资助。

　　 

　　图1 不同地应力条件下岩爆应力及实验现象

　　 

　　图2声发射事件分布密度及实际破坏图

　　 

　　图3张拉剪切信号分布特征图

　　 

　　图4不同时刻被动成像波速分布云图

　　 

　　图5岩爆演化分阶段预警图