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。     

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。     

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。     

荒沟抽水蓄能电站地下厂房开挖过程微震及电磁辐射活动特征研究

为了研究黑龙江荒沟抽水蓄能电站地下厂房在深层开挖过程中诱发岩爆的前兆特征,综合采用微震与电磁辐射法对围岩微破裂进行了识别。通过分析监测范围内微震及电磁辐射活动的时空分布规律、诱发微破裂的前兆信息及监测结果的相关性,结果表明:(1)微震事件在空间上具有分区丛聚特征,个别聚集部位与早期岩爆位置高度吻合;不同时段内微震事件频次与外界施工扰动强度呈正相关;能量指数迅速下降及累积视体积大幅度增加,预示岩爆或大型围岩破裂事件的发生。(2)在地下厂房断层裂隙带内,电磁辐射强度的突变预示着岩爆或大型围岩破裂事件即将发生,电磁辐射脉冲数的峰值分布与局部应力场调整方向一致,且调整时间约为8 d。(3)两种监测方法分别揭示的围岩破裂空间分布基本一致,电磁辐射法所预示的前兆时间略早,而且监测结果反映的震源区局部应力场调整趋势相关性良好,即脉冲数峰值分布与震源区视应力迁移完全一致。工程实践证明,应用联合监测方法能有效识别地下工程围岩破裂等前兆信息,监测结果为深入开展岩爆监测预警提供了基础,对工程安全施工具有重要意义。     

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。     

爆破荷载下白鹤滩大型地下厂房累积损伤机制研究

白鹤滩水电站大型地下厂房爆破开挖过程中脆性破坏频发，采用微震监测、多点位移计、锚杆(索)测力计等多种原位监测设备，全面揭示大型地下厂房爆破开挖卸荷下脆性玄武岩的力学响应行为。原位综合监测结果表明，多次爆破开挖后，围岩破裂、变形和应力均发生了一定程度的增长。进一步分析证实，围岩变形与其内部微破裂具有协调性，即爆破荷载作用下岩体逐步开裂，岩体经历裂纹压密、微破裂萌生、破裂扩展等连续破裂阶段，同时伴随围岩变形的增长。基于能量指数和累积视体积的微震参数预警方法，能够有效预警围岩宏观破坏的风险。研究表明，监测爆破荷载诱发的“破裂-变形-应力”演化信号对高应力硬岩地下工程施工方案优化及地质灾害预警具有重要的指导作用。     

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。     

锦屏一级水电站地下厂房围岩开裂变形机制研究

针对锦屏一级水电站地下厂房高应力、低强度应力比条件下开挖施工引起的围岩变形开裂及相关力学问题,从全空间赤平投影解析、平面投影应力特征等多角度全方位研究地下厂房区地应力场分布特征及规律;并结合力学定性分析和三维数值模拟等手段对地下洞室群围岩变形开裂机制进行深入分析,研究洞室群围岩开挖损伤演化规律。研究表明,锦屏一级地下厂房区域出现的围岩、喷层较大变形乃至破坏现象本质上是由高地应力和相对较低的岩体强度形成的不利组合所造成的,在主厂房、主变室的拱腰、拱座和边墙以及母线洞侧墙等部位出现的开裂破坏,属于典型的高应力、低强度应力比条件下围岩的卸荷变形与破坏。提出锦屏地下厂房围岩变形开裂概化模型,为地应力场反演和施工过程的数值仿真分析提供重要参考和定性依据;最后针对开挖维护围岩稳定性问题提出相应的建议,为锦屏一级地下厂房的开挖施工及动态支护设计提供技术支持。