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深埋隧道岩爆机理与微震监测预警初探

作　者: 黄满斌
导　师: 唐春安
学　校: 大连理工大学
专　业: 岩土工程
关键词: 岩爆微震监测 RFPA模拟破坏模式预警
分类号: U452.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

岩爆是处于高应力状态下的脆性岩石因开挖导致弹性变形能突然释放而产生的岩石碎化、弹射甚至地震等破坏现象,其力学机制比较复杂,目前关于它的研究还多停留在假说和经验阶段。作为一种多因素耦合诱导的动力失稳现象,岩爆形成机理的复杂性和相关理论的不完善,使得岩爆的预测理论的实际应用效果不甚理想,至今国内还没有一套成熟的理论和方法。近年来,越来越多的岩爆问题凸显出来,岩爆不仅破坏生产设备、延误工期,而且严重威胁施工人员人身安全,已成为我国未来深埋地下工程建设中一大技术障碍。同时微震监测作为一种有效三维空间岩体破裂定位与强度监测的办法得到了迅速的发展。微震监测技术可以通过声波分析震源破坏事件的时间、位置和震级(也称时空强三要素),从而为岩爆预报提供了潜在的可能性,灵敏度较高的微震监测系统可以捕捉比岩爆震级更小的岩石微破裂前兆事件。本文在国家自然基金重点项目(2007CB209404)、国家自然基金国际合作项目(50820125405)以及国家自然科学基金青年基金(No.51004020)的资助下,以锦屏二级水电站在建的排水隧洞深部岩爆破坏监测预警为研究背景,建立了一套新的基于全断面开挖实时监测岩爆的微震监测系统,通过对排水隧洞岩爆监测数据的分析,并运用RFPA软件进行数值模拟研究超前开挖前导洞,对岩爆破坏的影响进行分析。将监测结果与现场调研统计的岩爆规模与数量进行比对,探索岩爆微震监测预报的可能性,为现场的施工组织提供了一定的参考依据。通过微震监测数据的分析与总结,得出以下几个结论：1、隧道施工过程中监测到的微震数据表明,多数岩爆都存在被微震监测系统监测到的微破裂前兆：微震仪可以监测到某些几十米到上百米的岩爆破坏前兆,强岩爆区域的大致范围可以被微震监测系统定位；在时间方面,微破裂前兆出现于岩爆前数小时、数天不等；2、通过分析TBM开挖过程中微震信号的数量、能量分布的变化情况,可以对掌子面前后岩体应力变化情况做出岩爆判断和预警；3、超前开挖先导洞致使开挖扰动应力集中在先导洞的两端,有效地避免了高应力区洞段发生剧烈岩爆的趋向。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-20
  1.1 选题依据及意义  9-11
  1.2 国内外岩爆研究现状  11-18
    1.2.1 岩爆的理论分析  11-15
    1.2.2 岩爆的预测与现场实验监测研究  15-18
  1.3 研究内容与方法  18-20
    1.3.1 研究内容  19-20
2 岩爆破坏机理及监测原理  20-31
  2.1 引言  20
  2.2 岩爆的影响因素  20-23
    2.2.1 岩石类别  20-21
    2.2.2 地质条件  21-22
    2.2.3 工程断面尺寸效应、形状效应  22
    2.2.4 开挖方式和开挖速度  22-23
  2.3 不同应力路径下的岩体破坏  23-24
  2.4 岩爆破坏的时效性  24
  2.5 锦屏现场岩爆的破坏模式  24-27
  2.6 加/卸岩爆破坏数值模拟研究  27-29
    2.6.1 RFPA机理简介  27
    2.6.2 模拟结果及分析  27-29
  2.7 本章小结  29-31
3 深埋全断面隧道微震监测系统的构建  31-44
  3.1 引言  31-32
  3.2 微震的发生机制  32-33
  3.3 微震监测技术  33
  3.4 微震监测系统概况及构成  33-34
  3.5 微震监测系统布置方案  34-38
    3.5.1 传感器布置  34-37
    3.5.2 主机及Paladin布置  37-38
    3.5.3 钻孔要求  38
    3.5.4 监测设备的移动  38
  3.6 噪音识别与滤除综合分析方法  38-43
  3.7 本章小结  43-44
4 岩爆微震监测预警的工程实践分析  44-61
  4.1 现场工程概况  44-45
  4.2 不同类型的信号波形识别  45-49
    4.2.1 微震信号的波形特征  45-49
  4.3 监测数据的分布特征及发展规律  49-57
  4.4 岩爆即时监测预警  57-60
  4.5 本章小结  60-61
5 超前开挖前导洞对预防岩爆效果的研究  61-68
  5.1 微震监测前导洞开挖过程  61-64
  5.2 前导洞开挖对减轻岩爆效果的数值模拟研究  64-67
    5.2.1 分析手段、模型方案  64-65
    5.2.2 数值模拟结果  65-67
  5.3 本章小结  67-68
结论  68-69
展望  69-70
参考文献  70-74
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  74-75
致谢  75-76

深埋隧道岩爆机理与微震监测预警初探

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