岩石边坡潜在失稳区域微震识别方法

 为深入研究锦屏一级水电站左岸边坡深部岩体微震活动规律并评价边坡稳定性,在已有微震监测资料基础上,结合常规监测数据,并借助RFPA有限元数值模拟手段,分析左岸边坡深部岩体微破裂萌生、发育和扩展的演化机制,解释高程1 829 m处2#固结灌浆平洞多点位移计变化与微震事件时空分布规律之间的内在联系,再现典型剖面边坡渐进破坏全过程,重点阐述高程1 885 m坝顶平台裂缝形成机制。综合施工工况和工程地质情况分析,表明微震监测系统可以有效地识别和圈定边坡深部岩体微破裂区域和潜在滑裂面,边坡外观变形及微震活动性与该部位地质构造及灌浆活动有密切关系,灌浆导致的应力重分布和边坡内部天然裂隙带错动变形是诱发高程1 885 m坝顶平台裂缝的主要原因。研究结果为更好地理解和分析复杂应力条件下岩石边坡变形及其微震活动性诱发失稳机制提供重要的参考。     

岩质边坡微震事件 b 值特征研究

研究分析锦屏一级水电站左岸边坡微震震级–频率关系及其对应b值变化规律。为评价左岸边坡整体稳定性以及强卸荷岩体损伤诱发的边坡局部潜在失稳风险,在已有多点位移计、石墨杆收敛计等常规监测仪器基础上,2009年左岸边坡成功安装运行微震监测系统。监测期内采集分析得到大量微震事件及其震源参数信息如震级、位置和时间,通过分析2009年6月至2011年5月之间微震数据,初步识别和圈定边坡深部岩体损伤区域,同时得到微震事件b值随时间变化规律。结果表明左岸边坡岩体损伤与b值存在一定关系:大坝拱肩槽周围微震事件b值等于0.87,说明微震活动性对岩质边坡稳定性影响较小;左岸边坡未知地质构造微震活动性b值小幅增大(从0.49到0.65)表明该未知地质构造岩体损伤或局部破坏风险不断降低。研究结果可为类似岩质边坡微震监测预报技术的应用提供参考,进而提高岩体稳定性监测的准确性。     

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。     

基于三维数值模拟和微震监测的水工岩质边坡稳定性分析

建立以微震监测为主、应力场分析为辅的水工岩质边坡稳定性分析方法。利用RFPA3D分析软件,研究三维条件下锦屏一级水电站左岸岩质边坡破坏过程微破裂的萌生、演化、扩展、相互作用和贯通机制,揭示边坡整体失稳破坏模式,探讨岩质边坡渐进失稳破坏过程应力场和微震活动性空间演化基本规律,形成从细观损伤演化过程揭示宏观岩体结构破坏的研究方法。研究结果表明：断层F5,F2和煌斑岩脉X等软弱结构面是控制左岸边坡破坏模式的关键因素之一,RFPA3D离心加载法得到的边坡潜在滑移面及声发射与微震监测系统得到的岩石微破裂空间宏观演化趋势比较一致。     

锦屏一级水电站左岸坝肩高边坡长期稳定性数值分析

锦屏一级水电站左岸坝肩高边坡长期稳定性事关该水电站的正常安全运营。为充分掌握左岸岩石高边坡长期稳定性,建立了含f5,f8,f2,f42–9和煌斑岩脉X等软弱结构面的地质力学模型,并采用西原模型及有限差分数值计算方法,模拟正常蓄水位下左岸边坡岩体的长期力学行为。数值分析结果显示:左岸坝肩高边坡蠕变数值计算结果与现场监测数据总体位移变化趋势基本一致;经过一段时间后,边坡岩体蠕变位移变化基本趋于稳定,蠕变速率逐渐趋于恒定,西原模型可以反映锦屏一级水电站左岸边坡岩体的蠕变变形特性;在f5,f8,f2,f42–9和煌斑岩脉X出露区域以及开口线外危岩体边坡、1 960 m高程以上缆机平台边坡、1 885~1 960 m高程开挖边坡、"大块体"、PD44X平洞深部岩体等部位的蠕变位移变化比较明显;特别是拱肩槽1 730 m高程开挖平台与软弱结构面交汇部位,由于受到拱坝的拱端推力作用,蠕变变形更为明显,应重点关注,加强监测力度。     

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。     

基于微震监测的顺层岩质边坡开挖稳定性分析

 为评估白鹤滩水电站左岸顺层边坡开挖过程中的稳定性,构建高精度微震监测系统,通过实时监测和分析微震活动特征,圈定左岸边坡主要的损伤区域;借助RFPA有限元数值模拟方法,揭示左岸边坡岩石微破裂萌生、聚集、扩展直至贯通的演化机制,再现典型剖面边坡破坏全过程。研究结果表明：微震活动与开挖扰动密切相关,边坡开挖诱发的微震事件主要分布在大坝拱肩槽附近,沿层内错动带LS331,LS337及断层F17上盘(610～700 m高程)条带状聚集,形成边坡主要的损伤区;边坡开挖卸荷作用下,LS331,LS337及F17等软弱结构面剪应力集中突显,大量破裂单元也沿LS331,LS337及F17持续聚集,导致边坡沿软弱结构面的失稳破坏,计算结果与微震活动空间宏观演化趋势基本一致。研究结果可为边坡后期开挖和支护提供参考,也可供同类顺层岩质边坡稳定研究借鉴。     

基于微震能量演化的大岗山右岸边坡抗剪洞加固效果研究

微震监测技术在岩体工程监测中获得了广泛的应用,但如何依据微震监测数据来评价岩体工程的稳定性,至今还存在很多问题。以大岗山右岸边坡工程为研究背景,基于定量微震学原理,采用微震能量密度来综合反映岩体微破裂分布特征,并在理论上推导微震能量–频度关系,提出以b_ε值来表征岩体微破裂变形程度,进一步研究了该边坡抗剪洞加固前后边坡岩体微震能量转移特征、震源机制、变形特性及其稳定性演化规律。研究结果表明,微震能量密度可以帮助识别边坡潜在危险区域,能量–频度关系中的b_ε值的变化揭示了边坡微破裂与变形的演化过程;抗剪洞加固后边坡微震事件活动率和能量密度均明显降低,边坡受力性能明显改善;边坡开挖期间抗剪洞加固区岩体微震的b_ε值小幅降低,并在抗剪洞加固后有所增加,表明抗剪洞抑制了岩体微破裂及变形,提高了边坡稳定性。通过对比工程现场变形监测结果,验证了方法的可靠性。提出的微震能量密度及能量–频度关系相结合的评价方法,丰富了工程岩体稳定性微震分析方法,可为类似岩质边坡加固措施的选择及稳定性分析提供参考。     

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。     

大型复杂岩质高边坡安全监测与分析

 岩石高边坡稳定性是水电站建设能否顺利进行的关键问题之一。锦屏一级水电站左岸开挖高边坡地应力高、断层裂隙发育、岩体卸荷深度大,地质条件十分复杂,边坡在施工期和运行期的稳定性问题特别突出。介绍左岸边坡的监测布置,并对岩体表面变形趋势、空间分布形态、变形与开挖的关系进行分析,对多点位移计变形大小、岩体变形与结构面的关系进行探讨,对平洞石墨杆收敛计变形、谷幅平距观测、锚索荷载和抗剪洞变形等监测结果进行综合分析,得到边坡岩体的变形规律。研究结果表明,锦屏一级水电站左岸边坡岩体受开挖影响的范围较大,超过80 m,边坡岩体卸荷松弛变形量级较大,边坡岩体应力释放与转移过程较长,边坡达到完全稳定需要的时间较长。该工程的监测成果可供其他类似工程参考和借鉴。     

Microseismic monitoring and numerical simulation on the stability of high-steep rock slopes in hydropower engineering

For high-steep slopes in hydropower engineering, damage can be induced or accumulated due to a series of human or natural activities, including excavation, dam construction, earthquake, rainstorm, rapid rise or drop of water level in the service lifetime of slopes. According to the concept that the progressive damage(microseismicity) of rock slope is the essence of the precursor of slope instability, a microseismic monitoring system for high-steep rock slopes is established. Positioning accuracy of the monitoring system is tested by fixed-position blasting method. Based on waveform and cluster analyses of microseismic events recorded during test, the tempo-spatial distribution of microseismic events is analyzed.The deformation zone in the deep rock masses induced by the microseismic events is preliminarily delimited. Based on the physical information measured by in situ microseismic monitoring, an evaluation method for the dynamic stability of rock slopes is proposed and preliminarily implemented by combining microseismic monitoring and numerical modeling. Based on the rock mass damage model obtained by back analysis of microseismic information, the rock mass elements within the microseismic damage zone are automatically searched by finite element program. Then the stiffness and strength reductions are performed on these damaged elements accordingly. Attempts are made to establish the correlation between microseismic event, strength deterioration and slope dynamic instability, so as to quantitatively evaluate the dynamic stability of slope. The case studies about two practical slopes indicate that the proposed method can reflect the factor of safety of rock slope more objectively. Numerical analysis can help to understand the characteristics and modes of the monitored microseismic events in rock slopes. Microseismic monitoring data and simulation results can be used to mutually modify the sensitive rock parameters and calibrate the model. Combination of microseismic monitoring and numerical simulation provides a more objective basis for the numerical model and parameters and a solid mechanical foundation for the microseismic monitoring.     

李家峡拱坝左岸高边坡岩体变位与安全性态分析

实际工程中常遇到山体单薄,地质构造发育,表层岩体卸荷松弛,甚至蠕变或滑移等高边坡安全稳定性问题,因而加强对此类高边坡岩体的变位监测并对实测数据进行及时的处理与分析,对于确保工程安全具有十分重要的意义.据此,以李家峡拱坝左岸高边坡为例,探讨如何通过岩体变位监测资料来全面分析和评价高边坡安全稳定性.在对水库初次蓄水以来的谷幅位移和左岸高边坡岩体变位监测资料进行时空定性分析和变形疑点物理成因分析的基础上,应用最小二乘法建立了岩体变位各测点的逐步回归模型,并以其对测值年变幅的拟合与分离结果,定量分析水压、温度、时效等因子对高边坡变位的影响效应.研究结果表明:(1)在库水位逐步抬升至正常蓄水位的过程中,李家峡左岸高边坡岩体主要产生朝河心方向的下滑变位,但位移量相对较小;(2)库水位在2002年1月趋于相对稳定后,高边坡岩体变位逐步趋于收敛并保持稳定,目前其安全性态基本正常;(3)由于局部岩体 仍存在轻微下滑趋势,建议加强对这些部位的监测.