猴子岩水电站地下厂房开挖过程微震特征与稳定性评价

为了实时监测和评价开挖过程猴子岩水电站地下洞室群围岩稳定性以及识别洞室潜在风险区域,综合应用数值模拟、微震监测、常规监测和现场调查等多种手段方法,得到如下结论:(1)微震监测可以实现开挖强卸荷过程地下洞室群围岩稳定性的实时监测、分析和评估;(2)微震活动性的时空演化规律可以识别和圈定地下洞室群岩石微破裂集中区及潜在风险区域;(3)微震监测可以很好地揭示开挖诱发的岩石微破裂萌生、发育、扩展直至贯通全过程。结合地下洞室群现场施工和加固工况,微震事件的空间集聚可以看作是降低该区域施工进度的前兆信息;(4)常规监测方法(多点位移计、收敛计和锚杆应力计等)可以很好地验证微震活动的真实性和有效性。研究结果表明微震监测、数值模拟、常规监测和现场调查综合方法对于深入认识复杂地质条件和开挖强卸荷过程中地下洞室群开挖行为和施工安全控制具有重要意义。同时,研究成果也可为地下洞室群后期开挖和加固提供参考。     

白鹤滩水电站地下厂房开挖过程微震特征分析

 白鹤滩水电站左岸地下厂房规模巨大,开挖卸荷导致局部围岩破坏问题突出。为研究开挖扰动下围岩破坏演化机制及变形机制,通过构建微震监测系统,开展地下厂房开挖卸荷过程微震实时监测。监测结果表明：(1) 微震活动与爆破开挖密切相关,地下厂房第一层开挖过程中,形成3个潜在失稳区域：主厂房4#与5#机组之间下游侧拱肩、主厂房6#与7#机组之间上游侧拱肩和主厂房8#机组顶拱至主变室顶拱的条带状区域。(2) 开挖强度以及断层构造主导下聚集的微震事件矩震级、Es/Ep等参数特征有所差异,由此引起的围岩潜在破坏形式不同,微震活动特征可为微震聚集区围岩提供针对性施工参考。(3) 局部围岩外观变形前的数日内,微震事件在该区域迅速聚集,同时视应力显着增加,累积视体积基本稳定。研究结果可为白鹤滩水电站左岸地下洞室群后期开挖和支护提供重要参考。     

乌东德水电站地下厂房开挖过程微震监测与围岩大变形预警研究

乌东德水电站右岸地下厂房洞室群地质条件复杂,大规模洞室开挖导致围岩变形问题突出,严重影响施工进度及人员安全。引入高精度微震监测系统,分析微震时空演化特征,结合现场施工动态、地质资料和常规监测数据,揭示地下厂房围岩损伤特征;对比地下厂房围岩外观变形监测数据,探讨围岩大变形过程中震源参数演化规律,提出围岩大变形预警方法。研究表明:微震时空分布规律能够很好地反映地下厂房施工动态对围岩扰动情况,微震事件聚集演化与围岩变形损伤密切相关;围岩大变形开始前,微震活动频率增加;能量指数迅速增长至较高水平,视体积均匀增加;微震信号频率呈降低趋势。研究结果可为地下厂房洞室群后续开挖、加固及围岩大变形风险预测提供重要参考。     

猴子岩水电站深埋地下厂房开挖损伤区特征分析

 以猴子岩水电站地下厂房为研究对象,利用常规测试和微震监测技术,对开挖过程厂房高边墙围岩损伤区进行现场原位试验。基于一系列常规测试和微震监测结果分析,揭示了围岩变形破坏特征,得到厂房开挖卸荷过程围岩裂隙的萌生、发育和扩展的演化过程,分析了围岩开挖损伤区范围、裂隙演化与施工动态之间的相互关系,探讨了开挖损伤区的形成和演化机制。研究结果为猴子岩水电站地下厂房开挖、支护设计、围岩变形特性和地质资料分析提供了参考依据。相关研究工作作为地下厂房开挖、支护参数设计的重要依据,取得了较好的经济效益,对类似地下工程的设计施工有一定的参考价值和借鉴意义。     

两河口水电站地下厂房开挖过程微震活动特征分析

为识别和圈定开挖扰动过程地下厂房围岩损伤区域,分析评价围岩稳定性,构建了ESG微震监测系统,对围岩内部微破裂活动开展实时监测。监测结果表明:监测期间出现了2个微震事件聚集区域,均与母线洞爆破开挖扰动及母线洞与主变室边墙的交叉临空面形成有关。地下厂房微震活动存在明显的随施工扰动控制的时空迁移演化规律,分析其规律特征可为支护施工提供针对性参考。E_S/E_P为微震事件S波和P波能量比值,聚集区域Ⅰ约75%的微震事件E_S/E_P值小于10,表明微破裂以拉伸型破坏为主。同时,该区域围岩变形松弛前,微震事件具有"短期聚集、视应力迅速增加、视体积缓慢增长"的特点,可作为围岩变形预警的定性判别指标。研究成果可为两河口水电站地下厂房后期施工支护提供参考。     

高应力地下厂房顶拱开挖过程围岩力学响应与稳定性分析

水电站地下厂房洞室群地质结构复杂、地应力高，施工期间围岩变形破坏现象频繁发生。针对某水电站高应力地下厂房开挖卸荷诱发顶拱破坏的问题，开展围岩损伤演化过程分析。利用微震监测技术实时记录地下厂房开挖期间围岩微破裂萌生、发育及扩展过程。结合常规监测、现场踏勘，揭示深部围岩损伤与施工动态的响应规律。采用数值模拟重现开挖过程应力场与位移场的渐进演化特征。研究结果表明：微震活动与施工状态、地质条件密切相关，厂房K0–40～K0–60区域微震事件聚集由强卸荷及节理、裂隙共同控制。开挖卸荷形成的高边墙水平应力及顶拱垂直应力加剧了围岩损伤沿开挖轴向扩展演化。震源参数在围岩变形破坏前表现为矩震级增大、视应力下降、累计视体积不变。研究成果可为类似地下工程开挖围岩损伤及稳定性评价提供借鉴。     

双江口水电站地下厂房顶拱开挖围岩损伤分析及变形预警研究

以双江口水电站左岸地下厂房为研究对象,构建三维空间"体"微震监测系统,对顶拱开挖过程围岩微震信号进行实时拾取,依据微震活动特征圈定围岩损伤区域,结合常规监测结果与现场探勘情况分析微震活动时空演化与施工动态响应关系;引入分形–岩石力学理论,揭示围岩渐进损伤直至宏观变形全过程分形维值演化规律。研究结果表明:微震活动与施工工况、地质条件密切相关,安装间段厂横0-57m～0-43m下游侧拱肩微震事件聚集由爆破开挖强度及长大岩体裂隙控制;围岩损伤表现出非剪切破裂特征,破裂尺度增大时微震信号呈现低频特征;分形维值出现陡降是岩体发生宏观变形的前兆信号。研究结果可为类似地下厂房开挖围岩损伤分析及变形预警提供参考。     

基于微震监测的地下水封石油洞库施工期围岩稳定性分析

 采用加拿大ESG微震监测系统对锦州某大型地下水封石油洞库局部开挖过程进行实时监测和分析,圈定监测范围内围岩潜在危险区域,再现开挖过程中洞库失稳区域的岩体微破裂萌生、发展和集聚。结果表明：(1) 采用人工定点敲击试验对监测系统定位性能进行测试,确定研究区域岩体整体等效P波波速为5 200 m/s,传感器阵列范围内的震源定位误差小于8 m;(2) 监测区域岩体微破裂呈2个条带状聚集,一条位于水幕巷道6东侧,水幕巷道1和2范围,与水平面呈缓倾角。另一条位于储油洞室1北与1南范围2+40～2+60里程区域内,与该区域辉绿岩脉分布范围一致,说明微震监测系统可以查明判别岩脉等软弱结构面情况。这是由于大断面的储油洞室的强开挖卸荷,高能量的释放导致岩脉的“过度”损伤,从而诱发大量的微破裂。研究结果证明微震监测技术在地下水封石油洞库这种特殊岩体结构中应用的可行性,为后期大规模微震监测系统的构建与实施提供参考依据。     

向家坝水电站地下厂房缓倾角层状围岩稳定分析

 向家坝水电站地下厂房跨度33.4 m、高85.2 m,为国内最大跨度与高度的地下厂房。缓倾角岩层中大跨度地下洞室群的开挖致使顶拱围岩稳定问题突出,为典型结构面控制型地下岩体工程。采取三维离散单元法与应力位移监测相结合的研究对策,对围岩稳定进行综合分析,实施对穿锚索和系统锚杆的加固对策,并基于监测成果说明厂房顶拱围岩在开挖加固后的稳定性。研究表明,浅至中等埋深结构面控制型围岩稳定问题必须加强工程地质分析,重视岩体的非连续性和各向异性,宜采用非连续介质力学分析方法进行分析,以实施针对性加固措施。     

江口水电站地下厂房洞室围岩弹塑性数值分析

采用二、三维弹塑性有限元方法,对江口水电站地下厂房洞室群围岩开挖及锚杆支护进行模拟,研究洞室在开挖过程中及完成后围岩的的变形与应力,并对地下厂房洞室群围岩的整体稳定性作出评价.     

猴子岩地下厂房上部开挖监测反馈及预测分析

猴子岩地下厂房洞室群规模巨大,其中主厂房、主变室、尾调室跨度分别达到29.2 m、18.8 m和23.5 m,厂区挤压破碎带及裂隙密集带发育,实测地应力量级为21.53 MPa～36.43 MPa,为高地应力区。笔者采用三维非线性有限元法,根据6个剖面的监测资料,进行了包含岩锚梁岩台的上部第2级开挖跟踪反馈,并对后续第3、4级开挖进行了预测分析。结果表明,猴子岩地下厂房在第2级开挖后洞周变位较大,岩锚梁处最大变位为38.05 mm,塑性区发育深度6.02 m,该计算结果与现场监测结果吻合。预测第3、4级开挖后,边墙处变位分别增至47.26 mm和71.65 mm,塑性区进一步加深达8.4 m,但各洞室间未连通。本次计算为后续施工提供了重要的参考依据,并认为现有条件下地下厂房围岩整体稳定性良好,加固处理措施有效。     

岩石应变软化模型在深埋隧洞数值分析中的应用

 随着地下洞室的大量兴建,且埋深越来越深,深埋地下洞室的开挖稳定性问题显得非常重要。针对深埋隧洞围岩特殊的力学特性表现,采用应变软化模型进行数值分析更为合适。首先,对深埋隧洞围岩力学特性和岩石应变软化模型进行简单分析,并且通过数值加载试验分析了Mohr-Coulomb弹塑性模型和应变软化模型计算得到岩石应力–应变关系之间的区别。然后,对简单圆形深埋隧洞进行数值分析,对比分析了Mohr-Coulomb弹塑性模型和应变软化模型计算结果之间的差别,分析主要针对围岩的变形、塑性区和安全系数。最后,采用应变软化模型对两家人水电站深埋地下洞室群进行计算分析,对该地下洞室群的开挖稳定性进行评价。计算结果表明,调压室主室两侧边墙和各洞室连接处的变形较大,较其他地方更危险,需要加强对调压室主室边墙和各洞室连接处的支护强度。     

大型水工隧洞围岩稳定性评价

水电工程中的"深埋、大跨、高墙"型水工隧洞应用越来越多,开挖过程中洞室的围岩稳定性问题显得尤为突出。以西南某水电站为例,采用ANSYS软件对地下厂房洞室群分层开挖进行模拟计算。为同类工程及相关研究提供参考。     

基于微震与电磁辐射联合监测的多元岩爆预警方法研究

黑龙江某抽水蓄能电站在施工初期的岩爆现象显著,随着地下厂房的深层开挖亟需开展诱发岩爆的监测预警研究。首次采用微震和电磁辐射联合监测方法对水电站地下洞室诱发岩爆的前兆信息进行了识别和特征分析,提出基于微震累计能量、视应力变化梯度、累计视体积率、电磁辐射强度变化率和脉冲数变化率5个量化预警指标的多元预警方法,并在地下厂房潜在岩爆的重点区域进行了应用。研究结果表明:在岩爆诱发期,微震累计能量呈增加趋势,同时呈现视应力减小及累计视体积骤增等特征;电磁辐射强度和脉冲数波动幅度较大,围岩破坏前兆特征显著;基于联合监测的多元预警法判定的预警时间及圈定的微破裂活动空间分布与工程实际相吻合,应用效果较好,可为类似工程岩爆监测预警提供新思路。     

福建街面水电站地下厂房洞室稳定性评价

福建街面水电站地下厂房洞室围岩为沉积岩,岩层平缓,地质构造发育,地下水活动较强烈,工程地质条件复杂,地下厂房稳定问题是该工程的难点.本文从地下厂房工程地质条件、施工期监测成果、运行期监测成果等方面对其洞室稳定性进行评价,得出了地下厂房洞室是稳定的结论.     

深埋超大跨度地下洞室围岩稳定性研究

在深埋超大跨度地下洞室的开挖过程中,若支护方式和开挖方法不合理,易导致坍塌、大变形等失稳破坏现象,保证洞室的稳定性是施工过程中的核心任务,而现阶段国内外尚无明确标准对于地下洞室的稳定性定量分析,本文采用强度折减法对于深埋超大跨度洞室围岩稳定进行理论研究,得到了不同围岩等级下的安全系数,并对地下洞室破坏形态进行研究,为支护设计提供参考。     

猴子岩水电站地下厂房岩爆综合预测研究

中国西南地区在建的猴子岩水电站地下厂房,具有高边墙大跨度的特点。且位于高地应力区,实测最大主应力值高达36.43 MPa。地下厂房区域的灰岩坚硬完整、脆性程度高,具备高储能条件,在施工开挖扰动因素下有可能发生岩爆动力地质灾害。依照岩爆综合预测研究的思路,结合前期猴子岩水电站地下洞室群岩爆倾向性研究,开展岩爆趋势预测研究。建立三维有限元计算模型,根据实测地应力资料进行初始地应力场拟合,模拟猴子岩水电站地下洞室群分步开挖过程,选择王兰生二郎山隧道判据进行岩爆趋势预测。通过分析主厂房、主变室、尾调室三大洞室分步开挖过程中的岩爆趋势预测情况可知:猴子岩地下洞室群开挖过程中主要发生轻微岩爆,个别区域可能发生中等岩爆,与实际情况相比仍有一定差异。同时,归纳已有的多种岩爆预测判据,结合大量工程资料,对岩爆判据的适用性进行系统探讨。研究表明,单一判据在工程中有较大的局限性,预测结果与实际情况有较大偏差;而五因素综合判据则能较准确地反映工程的岩爆情况。     

猴子岩水电站地下厂房洞室群施工期围岩变形与破坏特征

猴子岩水电站地下厂房洞室群具有高地应力、低强度应力比的特点,在施工过程中出现严重的变形破坏现象。结合地质、监测、检测及施工资料对施工期围岩的变形与破坏特征进行分析,分析结果表明：主厂房、主变室及尾调室围岩位移大于50 mm的测点分别占17.2%,27.3%和9.4%,三大洞室围岩变形处于较大水平,远超其他电站同期水平。最大位移出现在III 1类围岩处,表明高地应力条件下,较完整硬岩产生的卸荷回弹变形较大,岩石本身破坏产生的变形所占比重增加。围岩变形深度为5～15 m,最大可达23 m,相对较大;围岩变形与开挖卸荷关系密切,呈“阶跃式”发展。围岩变形破坏以应力重分布起主导作用的应力驱动型为主,由结构面不利组合控制的重力驱动型不再占主导地位。研究猴子岩地下厂房洞室群围岩变形破坏机制对其施工及运营安全具有重要的工程意义。     

溪洛渡水电站地下厂房岩体工程实践

 溪洛渡超大型地下洞室群玄武岩组内层间与层内错动带使得围岩非连续性和各向异性损伤问题突出,采用损伤弹塑性理论对围岩稳定性进行分析,以良好的施工组织与工艺水平对潜在的不稳定区域和地质缺陷部位实施精细化光面爆破,严格控制围岩的开挖损伤并保证岩梁等的优良成型。针对关键部位和地质缺陷部位进行补强加固并实施安全监测,利用现阶段监测成果对围岩稳定性预测进行检验,并对实际围岩安全性进行评价。针对典型复杂地下洞室的地质条件、稳定性分析、开挖与支护程序、安全监测成果分析等岩体工程实践环节的回顾,在设计理念和工程实施方面提出一些见解,可为类似超大地下工程实际提供直接借鉴。     

高地应力条件下大型地下洞室群稳定性综合研究

 从认识论的角度提出数值仿真技术服务于地下工程实践的PFP分析方法,并随拉西瓦水电站地下厂房工程开挖进度分3个阶段对洞群围岩稳定性进行系统地分析和预测。研究成果表明：在高地应力硬岩洞室群开挖过程中,不同部位围岩位移具有明显的空间差异性和时间渐变性;岩体中应力表现出一定的波动性、转移性;多洞室交叉使得围岩松弛区域具有一定的特殊性;围岩破损模式和深度也具有区域差异性等。其成果为洞室开挖与围岩支护改进提供了科学依据,也被实际洞室开挖过程揭示的变形规律和围岩开裂、掉块等破坏模式所证实。这些高地应力下硬岩力学行为规律对其他类似地下工程围岩稳定性研究也具有较好的借鉴意义。