基于微震信号多重分形特征的岩石边坡变形预警研究

依托白鹤滩水电站左岸岩石边坡工程,引入多重分形去趋势波动分析法(MF-DFA)估算微震波形多重分形谱,以岩石破裂微震波形多重分形时变响应特征为基础,揭示岩石边坡变形预警信号。研究表明,左岸边坡岩石微破裂与爆破振动波形多重分形特征明显,且爆破振动波形多重分形谱宽度远大于岩石微破裂波形多重分形谱宽度。边坡裂缝增大前,岩石微破裂波形多重分形时变响应特征表现出很强的规律性,可作为变形预警信号,即:岩体在发生变形破坏前,多重分形谱宽度△α呈现增大趋势,微震波形多重分形谱△f(α)呈现减小趋势,可视为变形预警前兆信号;发生变形破坏时,△α呈现减小趋势,△f(α)呈现增大趋势,可视为变形破坏期;发生变形破坏后,△α和△f(α)均呈现平稳趋势,△f(α)整体将处于零线附近,可视为稳定期。     

岩质边坡微震活动特征及其施工响应分析

 岩石高边坡稳定性是水电工程建设能否顺利进行的关键问题之一。锦屏一级水电站左岸边坡地应力高,断层裂隙发育,岩体卸荷深度大,地质条件复杂,边坡在施工期和运行期的稳定性问题十分突出。介绍左岸边坡微震活动特征,并对开挖卸荷过程微震活动性时空分布规律以及与不同时段、区域的施工工况进行对比分析,对岩石微破裂萌生、发育、扩展、聚集趋势与岩体损伤关系进行探讨,得到左岸边坡微震活动与施工响应之间的相互关系。结果表明：大坝基坑、煌斑岩脉置换斜井、1 670 m雾化区边坡排水廊道开挖和边坡弱层固结灌浆引起的深部岩体卸荷松弛而诱致微震活动性,可以很好地揭示和反映现场施工工况。研究成果可供其他类似岩质高边坡工程借鉴、参考。     

白鹤滩水电站左岸边坡稳定性分析

为研究缓倾角错动带及断层对白鹤滩水电站左岸顺层岩质高边坡稳定性的影响,以勘I5线地质剖面为例建立力学模型,借助综合法试验模拟岩体内主要地质构造及相关工程措施。在此基础上,再利用RFPA3D有限元数值模拟方法,分析岩体内裂隙萌生、发育、扩展直至贯通的损伤演化过程。结果表明,混凝土置换洞阻碍裂缝沿软弱面扩展成效显著,开挖后工程边坡安全系数为1.62;离心加载法得到的边坡潜在滑移面与物理模型试验得到的裂缝扩展模式基本一致,层内错动带LS337、层间错动带C3-1、断层f101、裂缝J110等软弱结构面共同控制岩体的开裂与边坡失稳。研究成果可为本工程边坡开挖与支护以及类似工程提供参考。     

基于微震监测与数值模拟的大岗山右岸边坡抗剪洞加固效果分析

 大岗山水电站坝址区右岸边坡高、陡,地应力较高,发育有辉绿岩脉、卸荷裂隙密集带及中倾坡外的断层等不利组合体,使边坡岩体的性状急剧下降,在边坡开挖过程中曾出现若干条宏观裂缝,对施工期边坡稳定性构成极大威胁。将实际微震监测技术与符合岩石类准脆性材料本构关系的RFPA3D数值模拟相结合,对抗剪洞加固前、后的边坡稳定性进行分析。指出边坡开挖过程中岩体空间损伤劣化的微震活动规律和可能发生坡体失稳的潜在滑动面位置。研究结果证实抗剪洞加固措施的合理性,发现经抗剪洞回填混凝土置换处理后的结构体抗剪阻滑力大幅增加,加固后单月发生的微震事件数减少66.4%,边坡安全系数也较加固前增大了51.2%。但由于复杂的坡体结构,使得在边坡开挖过程中仍然存在局部失稳的可能,建议应随着施工作业对剪出口进行锁固,并在后期大坝浇筑过程中对抗剪洞未贯通区域的岩体微破裂情况和卸荷裂隙带XL–316与f231断层交界处的岩体变形情况进行重点监测。     

基于离散元模拟和微震监测的地下厂房围岩稳定性研究

针对猴子岩水电站地下厂房洞室群在开挖过程中围岩的稳定性问题,运用基于离散元基本理论的2维颗粒流PFC^2D（particalflowcodein2Dimensions）软件,模拟了地下厂房洞室群开挖过程中控制性结构面对围岩变形和破坏的影响,再现了围岩损伤演化规律;同时引入微震监测技术对地下厂房围岩微震活动进行实时监测和分析,并将数值模拟与微震监测结果进行对比研究。结果表明,围岩开挖卸荷损伤与断层密切相关,颗粒流模拟得到的大型地下洞室群开挖过程中围岩损伤与微震监测结果基本一致。采用数值模拟和微震监测相结合的综合研究方法,可以有效评价地下厂房开挖过程围岩的损伤和预测潜在的失稳区域。     

白鹤滩水电站左岸边坡岩石损伤变形反馈分析

为研究白鹤滩水电站左岸边坡岩石微破裂损伤状态下的宏观变形,基于现场微震监测数据以及宏观变形资料,运用震源半径表征岩石破裂尺度,采用考虑岩石破裂尺度的损伤本构关系,通过将岩石微破裂信息导入左岸边坡准三维数值模型,再现开挖工况左岸坝肩岩体卸荷变形过程,建立微震损伤与边坡宏观变形的定量联系。反馈分析结果表明:边坡岩体开挖工况下考虑微震损伤模型较未考虑微震损伤变形特征更接近于实际位移测值。考虑微震损伤效应的反馈分析方法作为一种初步的探索性工作,可为高陡边坡稳定性研究提供新思路。     

基于PLAXIS的深基坑支护设计的数值模拟

深基坑开挖和支护是岩土工程领域研究的热点和难点,如何通过有效控制其变形使基坑工程安全又经济,是人们不断探索的课题.以苏州地铁2号线某实际深基坑工程为研究对象,运用有限元分析软件PLAXIS对基坑开挖、支护全过程进行了数值模拟,分析了基坑开挖深度、支护结构刚度、支撑刚度、土体参数等设计、施工和自然环境因素对支护结构变形的影响,并给出一些控制基坑变形的方法与建议,为深基坑工程的设计和施工提供了参考.     

深埋地下厂房微震监测系统及其工程应用

猴子岩水电站地下厂房水平埋深280~510 m,垂直埋深400~660 m,属于典型深埋地下厂房,山体地应力高,地质条件复杂。为监测和分析地下厂房开挖过程围岩的稳定性,识别和圈定围岩潜在的破坏失稳区域,2013年4月安装加拿大ESG微震监测系统。采用声波仪测定地下厂房岩体波速的范围,并结合爆破试验方法计算得到微震监测系统整体等效P波波速为5 700 m/s,系统定位误差小于10 m。对拾取的微震事件波形手动处理,提高定位精度,并剔除干扰事件。通过地质资料分析和现场踏勘,微震活动性时空分布演化规律揭示并圈定猴子岩水电站地下厂房围岩微破裂集中区域及其潜在失稳风险区域。研究结果可为猴子岩水电站地下洞室群后期开挖和支护提供参考,也为类似开挖强卸荷作用下深埋地下洞室围岩稳定性评价提供一条新的研究思路。     

基于微震监测的岩质边坡稳定性三维反馈分析

锦屏一级水电站左岸边坡已成功采集大量微震数据,通过对左岸边坡在开挖、灌浆加固阶段的微震活动时空分布规律分析研究,初步识别和圈定边坡深部岩体损伤区域。然而,如何有效利用丰富的微震信息定量评估左岸边坡稳定性一直是项目研究的关键。首先归纳岩质边坡稳定性研究方法,阐述基于微震监测进行边坡稳定性反馈分析的必要性,提出一种基于微震信息反演的岩体损伤模型,通过有限元程序自动搜索微震损伤影响范围内岩体单元并进行相应力学参数折减,寻求边坡失稳过程岩体损伤的微震活动性、强度弱化与边坡动态失稳之间的联系,从而定量评价边坡稳定性。研究结果表明:(1)基于微震监测的边坡稳定性三维反馈分析可以很好地考虑边坡岩体损伤引起的影响;(2)反馈计算得到的边坡安全系数较不考虑微震损伤情况降低0.11,说明爆破开挖、灌浆加固等施工扰动诱发的微震活动对左岸边坡稳定性有一定影响。基于微震监测的边坡稳定性三维反馈分析方法可以评价其它类似岩质高边坡稳定性。     

锦屏二级水电站施工排水洞岩爆数值模拟

岩爆是一种极为复杂的动力失稳现象.在深埋隧洞的勘察设计和施工过程中,高地应力及其诱发的频繁岩爆,是影响隧道洞室稳定的重要因素之一.作为四川雅砻江锦屏二级水电站的重要的临时工程,施工排水洞在进入埋深1600m后就发生多次岩爆, 严重制约了工程的进展,为了研究岩爆发生机理与高地应力之间的关系以及更好地预测岩爆在隧洞内发生的位置,运用渐进破坏过程数值分析软件RFPA(realistic failure process analysis)对施工排水洞进行初步的应力分析,得出与现场实测相吻合的初始地应力拟合曲线.同时,隧洞开挖引起应力重分布而产生的围岩破坏的数值模拟也很好的印证了现场发生的岩爆情况,表明基于渐进破坏过程数值分析的RFPA可以真实地模拟高地应力下岩爆机理.