深埋隧洞即时型岩爆孕育过程的微震信息特征分析及分形研究

发布时间：2018-03-24 09:06

  本文选题：深埋隧洞　切入点：即时型岩爆　出处：《东北大学》2014年博士论文

【摘要】：岩爆,又称冲击地压,是高应力条件下,聚积于岩体中的弹性变形势能突然猛烈释放,导致岩石爆裂并弹射出来的现象。岩爆的发生时常会造成大量的人员伤亡以及巨大的财产损失。因此,岩爆的预测与防治对于深部地下工程的顺利开展具有十分重要的意义。岩体像其他材料一样,当受到应力作用时,就会在产生微破裂的同时释放应变能并产生应力波称之为微震,在岩爆的孕育及发生过程中对这些微震信息的孕育及演化机制进行研究,具有重大的工程及科研价值。本论文基于锦屏二级水电站深埋隧洞钻爆法(DBM)及隧道掘进机(TBM)开挖过程中大量微震监测数据及不同等级的岩爆案例,针对不同开挖方式下即时型岩爆的孕育及发生过程展开了研究,并运用分形几何原理研究了微震信息的分布特征和演化规律,获得如下研究成果：(1)在钻爆法及TBM两种不同开挖方式下进行微震实时监测的基础上,对深埋隧洞开挖过程中岩爆的影响因素进行了综合分析,根据高地应力条件不同开挖方式下掌子面附近区域的应力调整经历不同的路径的特点,对两种不同开挖方式下微震信息在能量和震级上的活动范围、集中区域以及不同等级岩爆情况下的变化规律进行了对比分析,并就开挖方式对微震信息及围岩稳定性的影响提出认识。(2)确立了不同开挖方式下基于最大能量微震事件判别即时型岩爆发生的时间及等级的判定依据。将不同开挖方式下即时型岩爆孕育及发生过程中的微震信息的演化规律与现场情况进行对比分析,其结论可以为开挖方式的选择以及不同开挖方式下岩爆的预测方法与防治手段的确定提供依据。(3)根据即时型岩爆孕育及发生过程中微震信息的自相似性,提出了微震活动性的时间、空间分形计算方法,针对不同开挖方式下的微震活动性分形研究。结果表明,钻爆法开挖方式下微震信息时间分形维数随岩爆的孕育过程而增大而在岩爆发生之前明显减小,即时型岩爆的等级越高,其时间分形维数值越大；不同开挖方式下即时型岩爆的孕育及发生过程中微震信息空间分形维数表现出相同的规律,即微震事件空间分形维数随岩爆的孕育过程而明显减小且在岩爆发生时达到最小值。根据分形维数的物理意义用分形维数值更加直观、准确的揭示了深埋隧洞不同开挖方式下即时型岩爆孕育及发生过程中微破裂在时间、空间的分布特征及演化机制。(4)提出了微震活动性的能量分形计算方法,对不同开挖方式下的微震活动性进行能量分形研究。结果表明不同开挖方式下即时型岩爆的孕育及发生过程中微震信息能量分形维数表现出不同的规律：钻爆法开挖即时型岩爆微震能量分形维数在岩爆的孕育过程具有明显增加在岩爆临近前会增加到某个临界值以上,TBM开挖即时型高等级岩爆微震能量分形维度大于钻爆法开挖,其分形维度值与伴随发生的低等级岩爆的发生情况之间具有内在联系。(5)对钻爆法开挖过程中不同类型、等级的即时型岩爆整个孕育过程中的微震信息进行了能量分形研究,在运用能量分形维数值对即时性应变型岩爆和即时性应变—结构面滑移型岩爆进行了区分的基础上,总结出了能量分形维数与岩爆等级、结构面之间的关系。根据能量分形维数的物理意义提出相同等级不同类型即时型岩爆在微震信息能量分布上的各自特征,并从结构面对微震信息的影响入手阐明了不同类型即时型岩爆能量分形维数差别的原因。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U458.2

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本文编号：1657617