深埋隧道强烈岩爆孕育微震主频演化规律
发布时间：2020-12-29 16:13
岩爆是深埋隧道施工过程中常见的一种地质灾害,严重制约深埋隧道开挖的安全和效率。本研究从岩爆孕育相关的岩体破裂所释放微震波频率的角度出发,建立了基于微震波频率衰减特征的隧道岩体破裂微震主频计算方法。分析了锦屏二级水电站引水隧洞群大埋深大理岩洞段,隧道掘进机(TBM)和钻爆法两种施工方法下的典型强烈岩爆案例。研究结果表明:TBM强烈岩爆孕育时岩体破裂微震主频由高向低交替变化,且在岩爆发生当日降低到最小,钻爆法强烈岩爆的微震主频演化则是无序的;TBM和钻爆法强烈岩爆孕育过程中单日最小微震主频一般低于200Hz,且TBM单日最小微震主频呈逐渐降低的趋势。微震主频的演化规律可为深埋隧道岩爆预警预测提供参考。
【文章来源】：山东科技大学学报(自然科学版). 2020年04期 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
TBM隧道微震监测传感器布置示意
波形频谱是指对所记录的时间-振幅时域波形图进行离散傅里叶变换后生成的频率-振幅波形频域图。波形频谱图中最大振幅所对应的频率是该波形最大有效频率。以3#引水隧洞TBM岩爆微震监测过程中2010年6月9日所记录的某一微震辐射能为509J的岩体破裂微震事件为例，该岩体破裂被R7和R5两组共6个传感器所感知。图2为该岩体破裂微震事件对应不同传感器所记录微震波波形的频谱。从图中可以看出：两组传感器所记录微震波形的最大有效频率主要范围为390～430Hz，仅R5-Right传感器存在较大偏差，约为282Hz。尽管两组传感器的震源距离相差近60m，在震源距离由约60m增大到约120m时，微震波的最大有效频率基本无衰减，这与微震波振幅严重衰减的情况差异明显。表明对于隧道微震监测，微震波最大有效频率是相对稳定的波形参数。同组传感器由于近似处于同一横断面，对于位于掌子面附近的岩体破裂，各传感器的震源距离相差较小。且岩体破裂辐射微震波传播至同一组传感器的路径和频率衰减特征相近。另外，同组传感器的工作环境及受环境噪声干扰程度较为一致。同组传感器所记录波形的最大有效频率应基本相同。但图2中某一传感器对应的波形最大有效频率出现明显差异，这一现象较为普遍，其原因可能在于该传感器在安装时与钻孔孔壁围岩的耦合较差或传感器本身性能下降，致使波形频率衰减严重。针对极个别传感器微震波波形频率可能失真的情况，将岩体破裂微震主频定义为：
式中，fmain为岩体破裂微震主频，N为对应岩体破裂触发传感器的总数量，fi为第i个传感器记录波形的最大有效频率，fmax和fmin分别为最大有效频率fi(i=1,2，…，N）中的最大值和最小值。图3为本研究岩爆案例相关的90个岩体破裂微震主频与其微震辐射能的关系，可以看出岩体破裂微震主频fmain与其对应微震辐射能E的对数近似呈反比关系。该计算方法有效规避了可能因某一传感器波形失真造成的事件频率计算不准，所计算的事件主频符合岩体破裂震源能量越大、所辐射波形的主要频率范围越低的一般特征。
【参考文献】：
期刊论文
[1]岩爆孕育过程研究[J]. 冯夏庭,肖亚勋,丰光亮,姚志宾,陈炳瑞,杨成祥,苏国韶. 岩石力学与工程学报. 2019(04)
[2]不同高度花岗岩岩爆试验的声发射特征[J]. 赵菲,王洪建,何满潮,袁广祥,罗耀武. 岩土力学. 2019(01)
[3]岩爆过程的声音信号特征研究[J]. 苏国韶,石焱炯,冯夏庭,蒋剑青,江权. 岩石力学与工程学报. 2016(06)
[4]深埋隧洞即时型岩爆孕育过程的频谱演化特征[J]. 肖亚勋,冯夏庭,陈炳瑞,丰光亮. 岩土力学. 2015(04)
[5]瞬时应变型岩爆模拟试验中花岗岩主频特征演化规律分析[J]. 何满潮,赵菲,张昱,杜帅,管磊. 岩土力学. 2015(01)
[6]锦屏二级水电站深埋长隧洞群的建设和工程中的挑战性问题[J]. 吴世勇,王鸽. 岩石力学与工程学报. 2010(11)
[7]顶板岩层破断诱发矿震的频谱特征[J]. 陆菜平,窦林名,郭晓强,刘彪,陆振裕,范军. 岩石力学与工程学报. 2010(05)
[8]煤岩冲击前兆微震频谱演变规律的试验与实证研究[J]. 陆菜平,窦林名,吴兴荣,牟宗龙,陈国祥. 岩石力学与工程学报. 2008(03)
本文编号：2945921
【文章来源】：山东科技大学学报(自然科学版). 2020年04期 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
TBM隧道微震监测传感器布置示意
波形频谱是指对所记录的时间-振幅时域波形图进行离散傅里叶变换后生成的频率-振幅波形频域图。波形频谱图中最大振幅所对应的频率是该波形最大有效频率。以3#引水隧洞TBM岩爆微震监测过程中2010年6月9日所记录的某一微震辐射能为509J的岩体破裂微震事件为例，该岩体破裂被R7和R5两组共6个传感器所感知。图2为该岩体破裂微震事件对应不同传感器所记录微震波波形的频谱。从图中可以看出：两组传感器所记录微震波形的最大有效频率主要范围为390～430Hz，仅R5-Right传感器存在较大偏差，约为282Hz。尽管两组传感器的震源距离相差近60m，在震源距离由约60m增大到约120m时，微震波的最大有效频率基本无衰减，这与微震波振幅严重衰减的情况差异明显。表明对于隧道微震监测，微震波最大有效频率是相对稳定的波形参数。同组传感器由于近似处于同一横断面，对于位于掌子面附近的岩体破裂，各传感器的震源距离相差较小。且岩体破裂辐射微震波传播至同一组传感器的路径和频率衰减特征相近。另外，同组传感器的工作环境及受环境噪声干扰程度较为一致。同组传感器所记录波形的最大有效频率应基本相同。但图2中某一传感器对应的波形最大有效频率出现明显差异，这一现象较为普遍，其原因可能在于该传感器在安装时与钻孔孔壁围岩的耦合较差或传感器本身性能下降，致使波形频率衰减严重。针对极个别传感器微震波波形频率可能失真的情况，将岩体破裂微震主频定义为：
式中，fmain为岩体破裂微震主频，N为对应岩体破裂触发传感器的总数量，fi为第i个传感器记录波形的最大有效频率，fmax和fmin分别为最大有效频率fi(i=1,2，…，N）中的最大值和最小值。图3为本研究岩爆案例相关的90个岩体破裂微震主频与其微震辐射能的关系，可以看出岩体破裂微震主频fmain与其对应微震辐射能E的对数近似呈反比关系。该计算方法有效规避了可能因某一传感器波形失真造成的事件频率计算不准，所计算的事件主频符合岩体破裂震源能量越大、所辐射波形的主要频率范围越低的一般特征。
【参考文献】：
期刊论文
[1]岩爆孕育过程研究[J]. 冯夏庭,肖亚勋,丰光亮,姚志宾,陈炳瑞,杨成祥,苏国韶. 岩石力学与工程学报. 2019(04)
[2]不同高度花岗岩岩爆试验的声发射特征[J]. 赵菲,王洪建,何满潮,袁广祥,罗耀武. 岩土力学. 2019(01)
[3]岩爆过程的声音信号特征研究[J]. 苏国韶,石焱炯,冯夏庭,蒋剑青,江权. 岩石力学与工程学报. 2016(06)
[4]深埋隧洞即时型岩爆孕育过程的频谱演化特征[J]. 肖亚勋,冯夏庭,陈炳瑞,丰光亮. 岩土力学. 2015(04)
[5]瞬时应变型岩爆模拟试验中花岗岩主频特征演化规律分析[J]. 何满潮,赵菲,张昱,杜帅,管磊. 岩土力学. 2015(01)
[6]锦屏二级水电站深埋长隧洞群的建设和工程中的挑战性问题[J]. 吴世勇,王鸽. 岩石力学与工程学报. 2010(11)
[7]顶板岩层破断诱发矿震的频谱特征[J]. 陆菜平,窦林名,郭晓强,刘彪,陆振裕,范军. 岩石力学与工程学报. 2010(05)
[8]煤岩冲击前兆微震频谱演变规律的试验与实证研究[J]. 陆菜平,窦林名,吴兴荣,牟宗龙,陈国祥. 岩石力学与工程学报. 2008(03)
本文编号：2945921
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