考虑累积微震损伤效应的荒沟电站地下洞室群围岩稳定性分析
发布时间：2021-06-11 09:47
微震监测作为开挖岩体附加损伤的指示器,已被广泛应用于地下工程施工期的围岩损伤区识别、圈定及稳定性分析评价中。然而,如何利用丰富的微震信息来标定岩体动态损伤过程中的力学参数,是定量评估围岩损伤程度及稳定性的关键。依托首座采用微震法岩爆监测的抽水蓄能电站工程——荒沟抽水蓄能电站,首先分析了地下洞室群施工期的微震活动性及围岩损伤情况;其次,建立以微震视体积确定岩体损伤尺度并考虑累积损伤效应的岩体劣化模型;最后,编写FISH语言将微震数据嵌入数值模拟中,首次实现了考虑累积微震损伤效应的地下洞室群围岩稳定性分析。结果表明:考虑累积微震损伤效应的围岩稳定性分析方法,有效利用了反映外界施工扰动和地质构造等异常活化的微震信息,岩体损伤程度、应力场和塑性区等分析结果与微震监测结果具有很好的一致性,对支护方案的优化设计具有指导意义。
【文章来源】：岩石力学与工程学报. 2020,39(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
最大/最小主应力分布
第39卷第5期周朝等：考虑累积微震损伤效应的荒沟电站地下洞室群围岩稳定性分析1019图9最大/最小主应力分布Fig.9Maximum/minimumprincipalstressdistribution(a)开挖步3–2(b)开挖步4图10塑性区分布Fig.10Plasticzonedistribution塑性区深度稍有增加，增幅为1～2m，厂房上游拱肩“V”形塑性区分布完全形成。图11为微震监测的能量密度及地震变形分布图。可以看出，厂房上游边墙及拱肩处的能量密度和地震变形分布均呈“V”形，这与考虑累积微震损伤效应的数值分析结果一致，且能量密度及地震变形结果数量级均很校结合数值模拟分析结果，施工扰动引起的微震活动虽导致局部围岩出现了不同程度的损伤，但对围岩稳定性影响相对较校建议后续施工开挖过程中密切关注厂房上游边墙及拱肩和下层排水廊道、尾水支洞与厂房主机间交汇处围岩的稳定性状况，若岩体损伤进一步加剧，可采
第39卷第5期周朝等：考虑累积微震损伤效应的荒沟电站地下洞室群围岩稳定性分析1015及交通洞内不同高程的边墙上共布设18个单轴传感器，形成空间阵列。图2为微震系统空间网络拓扑图[29]，监测范围覆盖地下厂房区3大洞室。传感器安装孔孔径为50mm、孔深4m左右，角度近水平开口向下。传感器通过锚杆树脂与围岩耦合接触，进而接收岩体中的弹性波信号。图1地下洞室群高程172.60m平切地质图Fig.1Geologicmapofundergroundcavernsatelevation172.60m图2微震监测系统空间网络拓扑图Fig.2Topologicalgraphofmicroseismicmonitoringnetwork微震系统构建后，采用已知震源位置的人工敲击试验方法确定岩体平均波速。在传感器空间阵列内不同位置处进行了10次人工敲击试验，记录下敲击的时间、位置。根据地下厂房区的声波测试资料，同时假定花岗岩为均质、各向同性体，分别设定P波波速为4700～5500m/s的17个不同波速值，基于时差原理的Geiger震源定位算法对敲击位置进行系统定位，求得每个波速下的敲击试验坐标与系统定位坐标的平均误差。结果表明[29]，当岩体P波平均波速为5150m/s时，系统定位误差最小为5.4m，满足微震监测定位精度要求。3.3微震事件空间分布规律在长达近4个月(2017年9月30日～2018年1月27日)的微震监测期内，荒沟电站地下厂房洞室群主要进行了厂房第III层底部开挖和第IV层的开挖，微震系统共采集微震事件481个，能量为0.004～4603J，矩震级为－2.02～－0.025。图3为微震事件空间分布图，不同颜色代表不同震级大小的微震事件，大小代表能量，圆球越大能量越大。可以看出，在
【参考文献】：
期刊论文
[1]荒沟抽水蓄能电站地下厂房开挖过程微震活动特征与围岩稳定性研究[J]. 高乔,马克,唐春安,马天辉. 隧道建设(中英文). 2019(05)
[2]微震法岩爆监测及其在荒沟电站地下厂房区的应用分析[J]. 周朝,尹健民,周春华,艾凯. 长江科学院院报. 2019(12)
[3]基于微震参数的岩体损伤过程数值模拟分析[J]. 赵永,杨天鸿,张鹏海,周靖人,于庆磊. 采矿与安全工程学报. 2018(01)
[4]乌东德水电站地下厂房开挖过程微震监测与围岩大变形预警研究[J]. 李彪,徐奴文,戴峰,顾功开,刘科,郭亮,姜鹏. 岩石力学与工程学报. 2017(S2)
[5]基于离散元模拟和微震监测的地下厂房围岩稳定性研究[J]. 徐奴文,李韬,戴峰,李彪,朱永国,肖培伟. 四川大学学报(工程科学版). 2016(05)
[6]荒沟抽水蓄能电站深埋地下厂房位置研究[J]. 刘录君,田作印,郑以宝,季聪,杨宗玲. 资源环境与工程. 2016(01)
[7]基于微震监测的岩质边坡稳定性三维反馈分析[J]. 徐奴文,梁正召,唐春安,戴峰,周钟,沙椿. 岩石力学与工程学报. 2014(S1)
[8]大岗山水电站地下厂房洞室群围岩开挖损伤区研究[J]. 朱泽奇,盛谦,张勇慧,李扬帆. 岩石力学与工程学报. 2013(04)
[9]地下厂房围岩松动圈声波拟合及监测反馈分析[J]. 张建海,胡著秀,杨永涛,魏进兵,邓建辉. 岩石力学与工程学报. 2011(06)
[10]溪洛渡水电站地下厂房岩体工程实践[J]. 樊启祥,王义锋. 岩石力学与工程学报. 2011(S1)
博士论文
[1]深埋隧洞岩爆孕育过程及预警方法研究[D]. 于群.大连理工大学 2016
[2]开挖扰动条件下岩质边坡灾变孕育机制、监测与控制方法研究[D]. 马克.大连理工大学 2014
[3]基于微震监测数据的矿山岩体强度参数表征方法研究[D]. 郑超.东北大学 2013
硕士论文
[1]地下洞室群施工期微震活动特征及围岩稳定性分析[D]. 周朝.长江科学院 2019
本文编号：3224298
【文章来源】：岩石力学与工程学报. 2020,39(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
最大/最小主应力分布
第39卷第5期周朝等：考虑累积微震损伤效应的荒沟电站地下洞室群围岩稳定性分析1019图9最大/最小主应力分布Fig.9Maximum/minimumprincipalstressdistribution(a)开挖步3–2(b)开挖步4图10塑性区分布Fig.10Plasticzonedistribution塑性区深度稍有增加，增幅为1～2m，厂房上游拱肩“V”形塑性区分布完全形成。图11为微震监测的能量密度及地震变形分布图。可以看出，厂房上游边墙及拱肩处的能量密度和地震变形分布均呈“V”形，这与考虑累积微震损伤效应的数值分析结果一致，且能量密度及地震变形结果数量级均很校结合数值模拟分析结果，施工扰动引起的微震活动虽导致局部围岩出现了不同程度的损伤，但对围岩稳定性影响相对较校建议后续施工开挖过程中密切关注厂房上游边墙及拱肩和下层排水廊道、尾水支洞与厂房主机间交汇处围岩的稳定性状况，若岩体损伤进一步加剧，可采
第39卷第5期周朝等：考虑累积微震损伤效应的荒沟电站地下洞室群围岩稳定性分析1015及交通洞内不同高程的边墙上共布设18个单轴传感器，形成空间阵列。图2为微震系统空间网络拓扑图[29]，监测范围覆盖地下厂房区3大洞室。传感器安装孔孔径为50mm、孔深4m左右，角度近水平开口向下。传感器通过锚杆树脂与围岩耦合接触，进而接收岩体中的弹性波信号。图1地下洞室群高程172.60m平切地质图Fig.1Geologicmapofundergroundcavernsatelevation172.60m图2微震监测系统空间网络拓扑图Fig.2Topologicalgraphofmicroseismicmonitoringnetwork微震系统构建后，采用已知震源位置的人工敲击试验方法确定岩体平均波速。在传感器空间阵列内不同位置处进行了10次人工敲击试验，记录下敲击的时间、位置。根据地下厂房区的声波测试资料，同时假定花岗岩为均质、各向同性体，分别设定P波波速为4700～5500m/s的17个不同波速值，基于时差原理的Geiger震源定位算法对敲击位置进行系统定位，求得每个波速下的敲击试验坐标与系统定位坐标的平均误差。结果表明[29]，当岩体P波平均波速为5150m/s时，系统定位误差最小为5.4m，满足微震监测定位精度要求。3.3微震事件空间分布规律在长达近4个月(2017年9月30日～2018年1月27日)的微震监测期内，荒沟电站地下厂房洞室群主要进行了厂房第III层底部开挖和第IV层的开挖，微震系统共采集微震事件481个，能量为0.004～4603J，矩震级为－2.02～－0.025。图3为微震事件空间分布图，不同颜色代表不同震级大小的微震事件，大小代表能量，圆球越大能量越大。可以看出，在
【参考文献】：
期刊论文
[1]荒沟抽水蓄能电站地下厂房开挖过程微震活动特征与围岩稳定性研究[J]. 高乔,马克,唐春安,马天辉. 隧道建设(中英文). 2019(05)
[2]微震法岩爆监测及其在荒沟电站地下厂房区的应用分析[J]. 周朝,尹健民,周春华,艾凯. 长江科学院院报. 2019(12)
[3]基于微震参数的岩体损伤过程数值模拟分析[J]. 赵永,杨天鸿,张鹏海,周靖人,于庆磊. 采矿与安全工程学报. 2018(01)
[4]乌东德水电站地下厂房开挖过程微震监测与围岩大变形预警研究[J]. 李彪,徐奴文,戴峰,顾功开,刘科,郭亮,姜鹏. 岩石力学与工程学报. 2017(S2)
[5]基于离散元模拟和微震监测的地下厂房围岩稳定性研究[J]. 徐奴文,李韬,戴峰,李彪,朱永国,肖培伟. 四川大学学报(工程科学版). 2016(05)
[6]荒沟抽水蓄能电站深埋地下厂房位置研究[J]. 刘录君,田作印,郑以宝,季聪,杨宗玲. 资源环境与工程. 2016(01)
[7]基于微震监测的岩质边坡稳定性三维反馈分析[J]. 徐奴文,梁正召,唐春安,戴峰,周钟,沙椿. 岩石力学与工程学报. 2014(S1)
[8]大岗山水电站地下厂房洞室群围岩开挖损伤区研究[J]. 朱泽奇,盛谦,张勇慧,李扬帆. 岩石力学与工程学报. 2013(04)
[9]地下厂房围岩松动圈声波拟合及监测反馈分析[J]. 张建海,胡著秀,杨永涛,魏进兵,邓建辉. 岩石力学与工程学报. 2011(06)
[10]溪洛渡水电站地下厂房岩体工程实践[J]. 樊启祥,王义锋. 岩石力学与工程学报. 2011(S1)
博士论文
[1]深埋隧洞岩爆孕育过程及预警方法研究[D]. 于群.大连理工大学 2016
[2]开挖扰动条件下岩质边坡灾变孕育机制、监测与控制方法研究[D]. 马克.大连理工大学 2014
[3]基于微震监测数据的矿山岩体强度参数表征方法研究[D]. 郑超.东北大学 2013
硕士论文
[1]地下洞室群施工期微震活动特征及围岩稳定性分析[D]. 周朝.长江科学院 2019
本文编号：3224298
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