岩体隧洞岩爆过程微震特征及其扩展机制

基于深部岩体隧洞不同开挖方式下的岩爆现场情况及微震监测数据,确立了最大能量微震事件岩爆发生时间、等级的判定标准。在此基础上,对深埋隧洞即时型岩爆的孕育及发生过程进行了研究,结果表明:即时型岩爆孕育过程中围岩岩体处于破坏加速集聚并不断扩展的过程,此过程中微震事件数量不断增加、能量参数不断增大,当岩爆发生时达到最大值;TBM开挖过程可近似为准静态卸荷,受到开挖方式的影响其裂隙扩展范围相对较小,围岩承载力也较强;而钻爆法开挖是初始应力的动态卸荷,爆破冲击荷载造成的裂隙扩展范围较大,同时其围岩储能能力相对较差。     

基于微震监测的岩爆预报在引水隧洞 施工中的运用

为实现锦屏Ⅱ级水电站引水隧洞和排水隧洞在施工期间可能发生的强烈岩爆的预报,本文制定了基于微震监测技术的岩爆预报方案。首先对微震监测系统收集到的微震信息进行滤波处理和波普分析。然后,根据微震信息进行微震源定位,同时得到微震事件的数量、释放能量、视体积、能量指数等指标。最后,根据这些指标的值及其变化规律并结合现场地质条件预测隧洞发生岩爆的概率和强度。现场岩爆情况与采用该方法的岩爆预报结果对比表明：该预报方法对高强度岩爆具有较高的准确率。     

基于微震监测的秦岭隧洞岩性转换带岩爆孕育机制

多年来,岩爆的频发严重制约着最大深埋隧洞的工程建设进度,给现场施工安全造成极大的威胁。引汉济渭秦岭输水隧洞具有地应力高、埋深大、地质结构复杂等特点,为减少在开挖过程中岩爆带来的危害,利用微震监测技术对岭北TBM洞段实施全天候不间断监测。通过分析微震事件的时空演化规律,对K46+735～K45+730之间变砂岩与闪长岩交界面处岩性转换带的岩爆孕育机制开展了研究。研究结果表明：(1)微震事件的时空演化规律可以有效揭示岩爆区岩体的破裂过程,并显示出了微震监测震源参数的变化情况与现场发生的岩爆现象一致;(2)岩性转换带的岩爆孕育受开挖扰动影响,当岩爆区域在高应力作用下发生静力破坏时,结构面滑移错动产生高应力,并与静应力形成叠加效应,最终诱发强烈岩爆。研究成果可以为最大深埋隧洞施工过程中的岩爆预防措施制定提供参考,以保证现场施工人员和设备的安全。     

微震法岩爆监测及其在荒沟电站地下厂房区的应用分析

近年来,深部地下洞室开挖诱发的岩爆地质灾害问题日益突出,以岩体微破裂定位为特色的微震监测技术被广泛应用于地下工程的岩爆监测与预警。以荒沟抽水蓄能电站地下厂房区为背景,针对开挖过程中局部围岩出现的轻微岩爆现象,构建微震监测系统进行岩爆监测预警,并对监测期前两个月的微震活动进行了分析。结果表明:微震系统可以有效地捕捉高频的爆破事件和低频的微震事件;微震事件活动频度与现场爆破开挖施工强度呈正相关;厂房上游侧拱肩和下层排水廊道与厂房安装间交汇部为岩爆潜在风险区。研究成果可为地下洞室的安全施工和稳定性评价提供技术支撑。     

深部岩体隧洞岩爆灾害影响因素分析

深部岩体隧洞施工过程中频发的岩爆灾害时常会造成大量的人员伤亡以及巨大的财产损失。基于某水电站4条引水隧洞开挖过程中的大量的岩爆实例,以数值运算为主要研究手段,从能量的角度出发对影响岩爆灾害发生的关键性因素进行了研究,结果表明:相同长度的隧洞开挖过程中随着单循环开挖步长的增大,微震能量释放值不断增大,岩爆的发生频次具有增加的趋势;当开挖速度控制在合理范围内时,围岩稳定性可以得到有效控制,当其突破到临界状态以上时,岩爆的发生频次具有显著增加的特征;在一定埋深范围内随着埋深的增加,岩爆发生的频率、强度具有明显增加的趋势;上述研究结果可以为高地应力条件下地下隧洞开挖过程中岩爆的预测与防治提供合理的科学依据。     

基于信号时频特征的微震波形识别在岩爆预测中的应用

在深埋地下工程施工中,需要通过监测采集微震信号分析施工过程中的岩爆风险,由于现场干扰因素多,数据中混入了大量冗余信号,大大影响了岩爆预测的效率。为有效识别出岩石的破裂信号,本文采用快速傅里叶变换,对比分析了微震/岩爆信号与其它无效信号的频率特征,采用多输入的卷积神经网络方法,建立了基于信号时频特征的微震波形识别模型,实现了对微震/岩爆信号的有效识别。基于引汉济渭秦岭输水隧洞的微震监测资料,采用3770个波形对模型进行了测试,模型识别精度可达96.1%。模型对比了不同输入方式对预测结果的影响,针对随机挑选的100次微震事件和100次无效事件,结果表明：采用信号的时频特征作为输入,模型比单纯采用时域或频域特征具有更高的精度。     

基于微震监测技术的岩爆特征研究

秦岭输水隧洞越岭段岩石掘进机法施工过程中多次出现岩爆风险,对施工人员和设备安全产生了严重威胁。采用微震监测技术进行岩爆预测预报,通过分析微震事件分布特征、频次特征、震级特征等,建立了基于能量指标的岩爆判别方法,工程实例表明整体准确预测率超过80%。结果表明,深埋硬岩隧洞中岩爆风险是完全可以预测的,对于中等及以上岩爆预测效果更加显著,根据预测结果采取相应的预防措施,可在一定程度上降低岩爆的风险。     

基于微震监测的岩爆预警方法研究

以锦屏二级水电站深部隧洞为研究对象,采用微震监测技术,对卸荷作用下的深埋隧洞微震活动性时空分布规律及时序规律展开研究。基于现场岩爆记录与微震监测结果比对,探讨了岩爆与微震活动间的内在联系并提出深埋隧洞岩爆监测预警方法。监测结果表明:岩爆发生前具有明显的微破裂前兆特征,微震事件由空间无序分散逐渐向有序集中的自组织演化,微震参数包括累计事件数、微震能量密度、累积视体积及能量指数的异常变化均可作为岩爆预警指标。基于研究结果,提出高地应力条件下深埋隧洞岩爆监测预警方法,预测准确率达到８０．６％,实用效果较好并为此类地下工程的岩爆预测提供借鉴意义。     

基于微震监测技术的深埋长大隧洞群岩爆时空分布规律分析

以锦屏二级水电站深埋引（排）水隧洞群为工程背景,介绍了微震监测系统的组成,并根据隧洞工程的特点,优选出紧跟掌子面移动整体协同传感器优化布置方案;利用现场微震数据,探讨了微震事件和岩爆的时空相关性。研究结果表明：微震活跃及平静时段与岩爆显现频繁及稀少时段相吻合,微震事件和岩爆的空间分布规律相一致,表明微震事件时空演化规律与岩爆时空分布规律具有良好的相关性。通过分析和研究微震事件时空分布规律,可以对岩爆灾害进行有效预测,为岩爆防治提供科学依据。     

引汉济渭秦岭输水隧洞4~#支洞微震监测系统及工程应用

引汉济渭工程秦岭特长输水隧洞岩性复杂、水平地应力高,开挖过程中岩爆灾害频发。为确保人员与设备安全,在"亚洲第一长斜井"4#支洞斜4+179. 2—斜4+346. 4范围安装微震监测系统,进行岩爆风险分析与预测。根据现场实时监测数据,进行信号滤波分析,确定有效岩体破裂信息。分析花岗岩中微震事件的时序特征,以及时空演化分布特征,结合现场实际岩爆特点,对比分析岩爆发生等级及破坏特征。结果显示:隧洞岩体微震时序类型主要为2类,即主震-后震型、前震-主震-余震型;岩爆等级以中等岩爆为主,呈现片状拉伸破坏为主与剪切破坏形成塌腔的组合破坏特征。发生中等岩爆临界值为当日累计微震事件30次以上。结果表明,该微震监测系统的设计和实施满足支洞深部岩体稳定性分析的监测要求,能够为岩爆风险监测提供一个有效的分析工具。研究成果为隧洞施工中岩体稳定性分析提供有价值的参考依据。     

某深埋凝灰质砂岩隧洞破坏特征及微震演化规律

某深埋凝灰质砂岩隧洞,采用敞开式TBM掘进,地质条件复杂,掘进过程中发生塌方、岩爆等不同类型破坏,存在安全风险,影响施工进度。为指导现场施工与支护措施,提高施工效率,连续开展微震监测,以现场地质踏勘资料为基础,结合微震监测信息分析不同类型破坏特征,总结微震活动时空演化规律。结果表明：该隧洞中松弛掉块分布范围广,塌方发生位置较集中,部分塌方与松弛掉块交替发生,轻微岩爆呈零星散发的特点;地质特征与破坏特征存在相关性,结构面越发育破坏规模越大,塌方风险越高;不同类型破坏分布与微震活动时空演化规律一致性较好,现场破坏规模与微震事件数和微震释放能均呈正相关关系;通过对微震监测信息分析,可以判识、预测该隧洞破坏规模和类型,为施工提供指导。     

荒沟抽水蓄能电站岩爆特征及综合监测预警

黑龙江荒沟抽水蓄能电站岩爆现象复杂,既有断裂型岩爆特征又呈显著的时滞性,给现场岩爆监测工作带来较大困难。为此,采用微震与电磁辐射综合监测手段,对地下厂房深层开挖过程中进行了长期监测,建立了基于能量指数、累计视体积和电磁辐射强度与脉冲数的多元预警方法,并通过工程实践表明:微震法与电磁辐射法能实现工程区域静态-局部动态的多层次综合监测;提出的断裂型岩爆多元预警方法,可以有效实现工程区内岩爆预警,预警效果较好。     

两河口水电站地下厂房母线洞开挖过程微震信号特征及围岩稳定性研究

两河口水电站地下厂区位于高地应力区,受工程开挖影响,易发生围岩失稳、甚至岩爆等一系列工程安全问题。基于两河口水电站地下厂房的微震监测系统,分析开挖过程中工程岩体破裂微震信号特征的变化规律,并结合锚杆应力计的应力监测数据,为工程岩体失稳及时提供预警。研究结果表明:(1)微震事件活动特征与工程开挖密切相关,3、4号母线洞开挖引发了大量微震事件,微震事件数目的突增可以作为围岩变形预警的前兆;(2)在岩体发生变形的过程中,微震信号的中心频率呈现先下降后上升的特征,预示了岩体内部微裂隙的产生与不断发展,逐渐形成大裂纹的过程,该特征可作为岩体破坏预警的重要指标。研究结果可为水电站地下洞室开挖与支护提供新思路。     

不同类型岩石加载破坏的微震和电荷感应信号特征研究

根据岩石变形破坏过程中有微震信号和电荷感应信号产生,利用岩石变形破裂过程微震和电荷感应监测系统,对不同类型岩石在单轴压缩和加卸载下变形破裂过程进行实时同步监测以获取微震和电荷感应信号特征。试验结果表明:不同类型岩石在变形破裂过程中有微震和电荷感应信号产生,微震和电荷感应信号是低频信号,信号频谱主要集中在40 Hz以下,随着岩石强度的增大,岩石变形破裂过程中的微震和电荷感应信号事件数增大且信号强度也增大;岩石变形破裂过程中微震和电荷的产生机理不同,微震信号是由于岩体裂纹扩展释放弹性应变能而引起的振动波,而电荷主要有微破裂、摩擦作用、压电效应等综合作用产生;对比不同类型岩石变形破裂过程的微震和电荷感应信号并对各信号进行相关性分析,研究发现,岩石在失稳破坏时存在着丰富的微震和电荷感应信号,且各信号具有高相关性,此阶段可作为最危险预警区。     

基于微震监测的引汉济渭秦岭隧洞岩爆预测研究

引汉济渭工程秦岭输水隧洞区地应力较高,当在坚硬完整、干燥无水的变砂岩地层中进行开挖时,由于应力集中,有发生岩爆甚至强烈岩爆的可能。本文进行了基于微震监测技术的岩爆风险预测,分析了秦岭隧洞3、4号洞微震监测数据,并对岩爆事件进行相应预测,结果显示,预测准确率分别达到95.89%、90.00%和88.46%,说明微震监测数据可实现对岩爆事件的有效预测。     

基于微震监测的深埋隧洞岩爆微震事件时空分布特征研究

双江口水电站进厂交通洞最大埋深达500 m,最高地应力水平达到38. 8 MPa,强度应力比偏低,极易发生岩爆。针对上述情况,采用微震监测技术进行稳定性及岩爆灾害监测,研究分析进厂交通洞在开挖过程中岩爆微震事件时空分布特征,进而识别和圈定进厂交通洞岩爆灾害和围岩稳定性的风险部位,反演围岩应力集中区域。结果表明,对隧洞岩爆微震事件进行时空分布特征分析,可以很好地预测现场岩爆情况并为调控现场施工进度和下一步施工计划提供参考依据。该研究成果可为其他类似工程提供一定的借鉴。     

岩爆孕育过程研究

<正>以岩爆孕育过程为主线,论述了各个方面的最新进展。首先,阐述岩爆的主要类型、4个等级、TBM和钻爆法诱发的岩爆特征、不同岩性发生的岩爆的特征。分析研究岩爆孕育过程的室内岩样试验、室内物理模型试验、数值模拟、现场综合观测、现场监测等技术手段,揭示了不同类型岩爆孕育过程的机制和不同施工方法诱发不同类     

大断面隧洞微震监测研究与实践

建立大断面水工隧洞岩爆微震监测系统,通过微破裂信息数据连续采集,实现对水工隧洞岩爆灾害实时在线监测,并进行数据整合,获取洞室围岩渐进破裂诱发失稳过程中微震活动的数字化信息,建立完善的"地下隧洞岩爆动力灾害预测虚拟现实系统",实现围岩损伤发生频率、位置以及密度的可视化,从而实现有效地利用所掌握的信息预测隧洞开挖强卸荷扰动诱发的围岩变形灾害,使其成为能够直观地帮助人们做出有效决策的灾害预测和风险评估方法。     

深埋隧洞超前应力释放爆破方式优化研究

岩爆已成为岩石地下工程和岩石力学领域的难题,对围岩进行超前处理,能够改善围岩内部应力,降低岩爆发生的频率和等级。通过对引汉济渭工程秦岭隧洞岩爆段进行超前应力释放爆破研究,采用掌子面周边布孔与中部布孔两种爆破方式,通过微震监测系统测定能量释放量,对比两种爆破方式对围岩内部应力的降低程度。结果表明:采用超前应力释放爆破对围岩内部应力进行释放是行之有效的,能够降低岩爆带来的安全风险;爆破孔位布置、孔深、孔径、炸药选择、装药方式、装药量等应根据围岩情况进行实时调整,采用掌子面周边位置布孔实施超前应力释放爆破效果优于在掌子面中部布孔实施超前应力释放爆破。     

新滩滑坡动因刍议

本文对新滩滑坡滑后的地貌形态特征、历史文献记载的破坏周期性规律、区域构造背景与本区构造特征、临滑前兆和地震台站记录滑动时的波型波谱分析结果等进行了分析研究,提出了新滩滑坡的动因机制以内因构造扭动力系能量聚集使岩体膨胀扩容产生地热微震为主,外因诱发的促进作用为辅的论点。