基于矩张量分析的特大山体破坏前兆孕震机制研究

工程岩体震源机制研究是岩体破坏灾害监测预警研究和应用的基础。针对一次特大爆破诱发的采空区上覆岩体产生特大破坏案例的前兆微震定位数据,采用矩张量理论对前兆微震源定位事件进行震源机制解反演,计算监测所得微震定位事件的矩张量并进行分解,获得纯双力偶成分M_(DC)分量;采用Feigner和Young矩张量破裂判据计算得到破坏类型判别参数R值,对前兆微震事件的岩体破裂类型进行判断,同时根据矩张量分量计算震源体积不变部分参数T和体积变化部分参数k,据此绘制并研究哈德森震源类型T-k图。分析表明,前兆微震源的破裂类型主要为剪切破坏;进一步根据矩张量分解所得纯双力偶成分M_(DC)分量,解得岩体震源处的断层参数。将震源机制解分析得到的前兆微震事件剪切破裂类型与现场山体宏观剪滑破坏相对比,其结果是基本一致的。研究表明,基于微震矩张量理论对前兆震源机制解的分析,可较为准确地判断中尺度工程岩体破裂类型,该研究可作为进一步的中尺度工程岩体破裂机制研究以及岩体工程灾害预警研究参考。     

增量循环加卸载下岩石峰值强度前声发射特性试验研究

为了研究岩石峰值强度前声发射前兆特性、加卸载过程的声发射特性,以指导声发射技术在岩体工程监测和灾害预警中的应用,采用花岗闪长岩、角岩、矽卡岩、铜矿、钨钼矿和铅锌矿共6种岩石分别开展单轴压缩、增量循环加卸载和增量稳压循环加卸载3种不同加载方式的试验,主要对岩样峰值强度前声发射相对平静期、卸载过程的声发射特性、对2种不同循环加卸载方式下的Felicity比以及加卸载响应比的变化情况进行研究。试验结果表明,3种加载方式下部分岩样始终存在"相对平静期"现象,多种岩样的AE事件峰值频率在破坏前总是低频成分显著增加,且越接近破坏,大振幅AE事件就越多。在2种不同循环加卸载方式下,当应力水平达到峰值强度的50%～60%时,Kaiser效应逐渐消失,Felicity效应出现。Felicity比和加卸载响应比在低应力水平阶段均大于1,进入中等应力水平阶段后在1附近波动,但相对比较稳定;进入较高应力水平以后,岩石内部裂纹不稳定扩展,Felicity比逐渐减小,到0.64～0.89时,试样破坏。试验表明,相对平静期、Felicity比和加卸载响应比等可作为预测或判断岩石失稳破坏的参考依据。     

基于PCA法的岩体震源破坏面产状分析及工程应用

采用主成分分析法（Principal Component Analysis,PCA）快速获得因岩体破裂微震活动产生的破坏面产状信息,该方法分为空间主成分分析和时间主成分分析两部分。前者根据微震事件的定位,通过PCA法获取一个椭球体来描述定位事件簇的形状与聚集方向,根据椭球体的几何特征来获得破坏面的产状;后者将一个覆盖有固定数量事件的时间窗口在事件群上滑动,求得每个窗口代表的椭球体,将方向不同的椭球体进行分离,获得不同时刻的破坏面产状,从而得到破坏面的演化趋势。以柿竹园多金属矿一次特大爆破诱发的采空区上覆岩体滑移事故为例,根据监测的微震定位数据,利用上述方法分析得到破坏面倾向为NW319.26°,倾角为81.62°,且倾角逐渐减小,与实际测量结果相近。研究表明：PCA方法可以较好地应用于工程微震源的破裂面产状分析,可促进微震监测技术在工程监测中的应用。