深埋隧洞巖爆孕育過程及預(yù)警方法研究.pdf

1、在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的大環(huán)境下，社會(huì)生產(chǎn)對(duì)各類資源的需求水平不斷提升，資源開采規(guī)模也不斷擴(kuò)大。無論是水利水電、礦山開采、國(guó)防工業(yè)、亦或交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)，其開發(fā)力度和建設(shè)規(guī)模已向地下深部發(fā)展。隨之而來由深部問題帶來的工程地質(zhì)災(zāi)害日益增多，其中由高地應(yīng)力誘發(fā)的巖爆問題最為突出。巖爆是地下工程尤其是深部地下工程一種常見的巖石失穩(wěn)現(xiàn)象，其具體表現(xiàn)為圍巖呈突發(fā)、猛烈彈射或拋擲到開挖空間。由于巖爆往往造成支護(hù)設(shè)備的破壞和開挖輪廓的變形，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)

2、致工程基礎(chǔ)設(shè)施的破壞及人員傷亡，甚至?xí)?dǎo)致局部地震而引發(fā)地表塌陷等災(zāi)害。目前，巖爆的預(yù)報(bào)與預(yù)防已經(jīng)成為地下工程建設(shè)與巖石力學(xué)研究領(lǐng)域的共同課題。因此，開展對(duì)深埋隧洞在高應(yīng)力條件下的巖爆孕育機(jī)制及預(yù)測(cè)預(yù)警的研究具有重要的理論價(jià)值和實(shí)踐意義。
　　研究表明，巖石的失穩(wěn)破壞（巖爆）與其內(nèi)部微震活動(dòng)性有著密切聯(lián)系，微震活動(dòng)的異常現(xiàn)象是巖石發(fā)生巖爆的微破裂前兆。鑒于此，本文以雅礱江錦屏二級(jí)水電站為工程依托，以高地應(yīng)力、高埋深條件下的深埋硬巖

3、隧洞為監(jiān)測(cè)對(duì)象，利用微震監(jiān)測(cè)技術(shù)構(gòu)建了我國(guó)水利水電深埋隧洞工程具有獨(dú)立性強(qiáng)、安裝方便、移動(dòng)靈活等特點(diǎn)的微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。結(jié)合開挖卸荷影響下的微震活動(dòng)性時(shí)空分布特征及巖爆機(jī)理的研究成果，對(duì)錦屏二級(jí)水電站引水洞及施工排水洞經(jīng)歷強(qiáng)巖爆洞段的多個(gè)工作面進(jìn)行巖爆的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析及預(yù)警研究，取得的主要研究成果如下:
　　(1)成功構(gòu)建錦屏二級(jí)水電站深埋硬巖隧洞群的微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，初步實(shí)現(xiàn)了對(duì)引水洞和排水洞潛在巖爆危險(xiǎn)區(qū)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析和預(yù)警。通過對(duì)

4、錦屏水電站復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造條件、地貌特征、特殊施工方法及施工順序的分析，因地制宜的制定合適的監(jiān)測(cè)方案，包括監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建、傳感器安裝及改進(jìn)方案、傳感器陣列的布置及優(yōu)化、噪聲波形數(shù)據(jù)庫的建立及分類等。通過微破裂信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧洞巖爆展開24小時(shí)連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，獲取大量圍巖漸進(jìn)破裂誘發(fā)巖爆過程中微震活動(dòng)的數(shù)字化信息。
　　(2)基于錦屏二級(jí)水電站深埋隧洞大量巖爆統(tǒng)計(jì)記錄和微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)變型巖爆和構(gòu)造型巖爆的發(fā)展過程和發(fā)生規(guī)律

5、展開研究。并根據(jù)微震活動(dòng)相關(guān)參數(shù)，包括微震累積事件數(shù)、微震能量、微震事件密度及微震能量密度等，歸納和總結(jié)不同類型巖爆破壞過程中的微震活動(dòng)性規(guī)律及動(dòng)態(tài)遷移特征，揭示圍巖漸進(jìn)失穩(wěn)破壞過程中微震活動(dòng)時(shí)空演化規(guī)律與巖爆間的內(nèi)在聯(lián)系。
　　(3)基于微震活動(dòng)空間分布規(guī)律及時(shí)序演化特征，將微震監(jiān)測(cè)技術(shù)與數(shù)值模擬方法相結(jié)合，從動(dòng)態(tài)裂紋擴(kuò)展角度揭示了地下洞室的巖爆孕育過程及發(fā)展機(jī)制。并根據(jù)裂紋發(fā)展過程及微震活動(dòng)性分布規(guī)律，將巖爆孕育過程細(xì)分為三個(gè)