引汉济渭秦岭隧洞5号支洞岩爆微震响应研究
发布时间：2021-10-27 07:53
以引汉济渭秦岭输水隧洞5号支洞为研究对象,微震监测技术为手段,微震数据及岩爆实录资料为基础,分析了诱发岩爆的原因,并在此基础上探究了微震事件活动与岩爆的关系。研究结果表明:地应力和掘进速率是诱发岩爆产生的主要影响因素,且埋深不同,其对岩爆产生的影响程度不同;微震事件的空间分布特征与掌子面位置存在紧密联系,其"时、空、强"特征可以形象地演示岩爆的产生过程并用于对岩爆的预测预警;岩爆不会一直持续发生,而是会经历扰动开挖-裂隙产生-岩体储能-裂纹发育贯通-能量释放的过程,且当能量释放不彻底时,容易形成频发型岩爆。
【文章来源】：人民长江. 2020,51(03)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
引汉济渭岭北输水隧洞5号洞纵断面
秦岭输水隧洞5号支洞于2018年6月19日开始安装设备,20～29日调试设备、调整参数,30日开始正常监测。图2为2018年7月1日至2018年12月27日每月岩爆总数与微震事件和垂直埋深规律图。其中图2(a)为岩爆和微震事件与埋深之间的关系研究,此处埋深为当月内发生岩爆位置上覆岩层最高垂直埋深,为了方便描述,称为埋深。从图2(a)可以看出:岩爆数量随着埋深增加呈现出递增趋势,且在8～9月份之间出现突增现象,表明隧洞深度是影响岩爆发生因素之一,而突增变化表明埋深在8～9月份时对岩爆影响较大或是其他影响因素共同作用的结果。微震事件数和岩爆数总体呈相似的递增趋势,在10月份时出现异常。这是因为10月份时虽然出现岩爆次数相对较多,但多为轻微岩爆和少量中等岩爆,微破裂相对与其他月份产生数量较少,因此出现与岩爆数量不同步现象,故综合分析,微震事件与岩爆数具有很好的关联性,可以用于表达岩爆在三维空间中的动态失稳。图2(b)为埋置深度变化程度对岩爆成因的诱发力度,显示了观察埋深和岩爆变化量之间的关系。图2(b)中第一和第二纵坐标轴分别表示2018年下半年各相邻月份之间岩爆发生数量和埋深的变化值,第三纵坐标表示埋深变化量和岩爆变化量的比值,它表示在垂直应力作用下,相邻月份之间埋深变化量对岩爆产生的影响程度,即比值越小表示埋深对岩爆影响程度越大。如图2(b)所示,岩爆变化量和埋深变化量均先增大后减小,再增大,进一步印证了埋深是岩爆产生的原因之一。变化量比值呈现先减少后增加的趋势,而非直线变化,表明埋深仅是岩爆产生的原因之一,岩爆是多种因素共同作用的结果。其次还表明,埋深的增加对岩爆产生的影响程度有先增加后减少的趋势,且当埋深较小时,其对岩爆产生的影响程度较小,且变化幅度较大,原因在于埋深较小时,垂直应力相对较小,其他影响因素共同作用的程度较明显。而当埋深较大时,埋深对岩爆产生的影响程度虽然逐渐变小,但是其曲线变化相对缓慢,且逐渐增大后的最大值也小于埋深较小时的比值。其原因可能有两种:一种是埋深越大,构造应力等其他作用力或其他影响因素对岩爆的影响程度逐渐增大,并逐渐超过垂直应力变化带来的影响;另一种是隧道在开挖过程中,临空面的形成,促使应力向深处重新分布,形成新平衡的二次应力场,致使岩体出现新的裂纹,而埋深和应力增大,起到了“愈合”裂纹的效果,致使下次岩爆产生时垂直应力对岩体的直接作用出现延迟,导致对岩爆的影响程度出现缓慢降低的现象。同时,图2(a)也表明了8～9月份出现的突增现象是因为埋深的增加相对较大导致了岩爆数量的骤然变化。
经分析,出现这种现象的原因为:在7～8月份,掘进量为2018年下半年最高量,而岩爆数量却为下半年的最低值,表明掘进条件良好,掘进速率对岩爆不产生大的影响。为了缩短工期和增加经济效益,施工单位亦加大了掘进速度,双重原因导致7,8月份掘进量为下半年最高量。8～9月份期间,以7,8月2个月为施工经验,认为掘进速率仍对岩爆影响较小,所以掘进速率仍然以前两个月为比照,快速掘进。而此时掘进速率对岩爆的影响逐渐增加,致使岩爆数量迅速增加,而产生的岩爆并没有影响TBM机器的持续掘进,所以出现了9月份岩爆数量高,掘进量大的现象。第四季度开始的变化表明,岩爆与掘进速率开始出现同步,掘进对岩爆产生的影响逐渐增加,但由于9份开挖过快,岩体内部产生的应力分配尚未结束,新的平衡尚未形成,持续掘进造成岩爆极易产生。为了安全起见,施工单位也降低了掘进速率,便有了10月份掘进岩爆数量大而掘进量少的局面,之后一直到12月份,开挖扰动对岩爆产生的影响一直存在。岩体岩爆的产生主要受地应力及开挖扰动共同作用的影响,而地应力的类型主要包括垂直应力和构造应力。对上述岩爆、微震事件与埋深和掘进速率关系的综合分析表明:所研究洞段在埋深较小时,自重应力和掘进速率对岩爆的影响程度相对较小,主要受构造应力作用;随着埋深的增大,各影响因素的共同作用是岩爆产生主要因素。
【参考文献】：
期刊论文
[1]微震监测技术在动力灾害监测预警中的研究综述[J]. 刘云鹏. 安全、健康和环境. 2017(09)
[2]深埋隧洞TBM掘进微震与岩爆活动规律研究[J]. 赵周能,冯夏庭,陈炳瑞. 岩土工程学报. 2017(07)
[3]基于微震监测技术的岩爆预测机制研究[J]. 马天辉,唐春安,唐烈先,张文东,王龙. 岩石力学与工程学报. 2016(03)
[4]基于微震监测的锦屏二级水电站深埋隧洞岩爆孕育过程分析[J]. 于群,唐春安,李连崇,李鸿,程关文. 岩土工程学报. 2014(12)
[5]井中微地震监测技术在重复压裂中的应用[J]. 林海,王俊明,郭玲玲,张力,曾小敬. 青海石油. 2014(01)
[6]锦屏二级水电站引水隧洞岩爆特征及微震监测规律研究[J]. 张文东,马天辉,唐春安,唐烈先. 岩石力学与工程学报. 2014(02)
[7]大岗山水电站厂房断层控制区域微震监测分析[J]. 张伯虎,邓建辉,周志辉,吕洪旭,吴基昌,吴思浩. 岩土力学. 2012(S2)
[8]基于微震监测的矿山开挖扰动岩体稳定性评价[J]. 郑超,杨天鸿,于庆磊,张鹏海,刘洪磊,张省军. 煤炭学报. 2012(S2)
[9]基于微震监测技术的隧洞强岩爆预测实践[J]. 揭秉辉,唐烈先,马天辉. 人民长江. 2012(17)
[10]红透山铜矿微震监测系统的建立及应用研究[J]. 刘建坡,石长岩,李元辉,张凤鹏,赵兴柱,张国联. 采矿与安全工程学报. 2012(01)
博士论文
[1]基于微震信息的深埋隧洞岩爆孕育成因研究[D]. 赵周能.东北大学 2014
本文编号：3461182
【文章来源】：人民长江. 2020,51(03)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
引汉济渭岭北输水隧洞5号洞纵断面
秦岭输水隧洞5号支洞于2018年6月19日开始安装设备,20～29日调试设备、调整参数,30日开始正常监测。图2为2018年7月1日至2018年12月27日每月岩爆总数与微震事件和垂直埋深规律图。其中图2(a)为岩爆和微震事件与埋深之间的关系研究,此处埋深为当月内发生岩爆位置上覆岩层最高垂直埋深,为了方便描述,称为埋深。从图2(a)可以看出:岩爆数量随着埋深增加呈现出递增趋势,且在8～9月份之间出现突增现象,表明隧洞深度是影响岩爆发生因素之一,而突增变化表明埋深在8～9月份时对岩爆影响较大或是其他影响因素共同作用的结果。微震事件数和岩爆数总体呈相似的递增趋势,在10月份时出现异常。这是因为10月份时虽然出现岩爆次数相对较多,但多为轻微岩爆和少量中等岩爆,微破裂相对与其他月份产生数量较少,因此出现与岩爆数量不同步现象,故综合分析,微震事件与岩爆数具有很好的关联性,可以用于表达岩爆在三维空间中的动态失稳。图2(b)为埋置深度变化程度对岩爆成因的诱发力度,显示了观察埋深和岩爆变化量之间的关系。图2(b)中第一和第二纵坐标轴分别表示2018年下半年各相邻月份之间岩爆发生数量和埋深的变化值,第三纵坐标表示埋深变化量和岩爆变化量的比值,它表示在垂直应力作用下,相邻月份之间埋深变化量对岩爆产生的影响程度,即比值越小表示埋深对岩爆影响程度越大。如图2(b)所示,岩爆变化量和埋深变化量均先增大后减小,再增大,进一步印证了埋深是岩爆产生的原因之一。变化量比值呈现先减少后增加的趋势,而非直线变化,表明埋深仅是岩爆产生的原因之一,岩爆是多种因素共同作用的结果。其次还表明,埋深的增加对岩爆产生的影响程度有先增加后减少的趋势,且当埋深较小时,其对岩爆产生的影响程度较小,且变化幅度较大,原因在于埋深较小时,垂直应力相对较小,其他影响因素共同作用的程度较明显。而当埋深较大时,埋深对岩爆产生的影响程度虽然逐渐变小,但是其曲线变化相对缓慢,且逐渐增大后的最大值也小于埋深较小时的比值。其原因可能有两种:一种是埋深越大,构造应力等其他作用力或其他影响因素对岩爆的影响程度逐渐增大,并逐渐超过垂直应力变化带来的影响;另一种是隧道在开挖过程中,临空面的形成,促使应力向深处重新分布,形成新平衡的二次应力场,致使岩体出现新的裂纹,而埋深和应力增大,起到了“愈合”裂纹的效果,致使下次岩爆产生时垂直应力对岩体的直接作用出现延迟,导致对岩爆的影响程度出现缓慢降低的现象。同时,图2(a)也表明了8～9月份出现的突增现象是因为埋深的增加相对较大导致了岩爆数量的骤然变化。
经分析,出现这种现象的原因为:在7～8月份,掘进量为2018年下半年最高量,而岩爆数量却为下半年的最低值,表明掘进条件良好,掘进速率对岩爆不产生大的影响。为了缩短工期和增加经济效益,施工单位亦加大了掘进速度,双重原因导致7,8月份掘进量为下半年最高量。8～9月份期间,以7,8月2个月为施工经验,认为掘进速率仍对岩爆影响较小,所以掘进速率仍然以前两个月为比照,快速掘进。而此时掘进速率对岩爆的影响逐渐增加,致使岩爆数量迅速增加,而产生的岩爆并没有影响TBM机器的持续掘进,所以出现了9月份岩爆数量高,掘进量大的现象。第四季度开始的变化表明,岩爆与掘进速率开始出现同步,掘进对岩爆产生的影响逐渐增加,但由于9份开挖过快,岩体内部产生的应力分配尚未结束,新的平衡尚未形成,持续掘进造成岩爆极易产生。为了安全起见,施工单位也降低了掘进速率,便有了10月份掘进岩爆数量大而掘进量少的局面,之后一直到12月份,开挖扰动对岩爆产生的影响一直存在。岩体岩爆的产生主要受地应力及开挖扰动共同作用的影响,而地应力的类型主要包括垂直应力和构造应力。对上述岩爆、微震事件与埋深和掘进速率关系的综合分析表明:所研究洞段在埋深较小时,自重应力和掘进速率对岩爆的影响程度相对较小,主要受构造应力作用;随着埋深的增大,各影响因素的共同作用是岩爆产生主要因素。
【参考文献】：
期刊论文
[1]微震监测技术在动力灾害监测预警中的研究综述[J]. 刘云鹏. 安全、健康和环境. 2017(09)
[2]深埋隧洞TBM掘进微震与岩爆活动规律研究[J]. 赵周能,冯夏庭,陈炳瑞. 岩土工程学报. 2017(07)
[3]基于微震监测技术的岩爆预测机制研究[J]. 马天辉,唐春安,唐烈先,张文东,王龙. 岩石力学与工程学报. 2016(03)
[4]基于微震监测的锦屏二级水电站深埋隧洞岩爆孕育过程分析[J]. 于群,唐春安,李连崇,李鸿,程关文. 岩土工程学报. 2014(12)
[5]井中微地震监测技术在重复压裂中的应用[J]. 林海,王俊明,郭玲玲,张力,曾小敬. 青海石油. 2014(01)
[6]锦屏二级水电站引水隧洞岩爆特征及微震监测规律研究[J]. 张文东,马天辉,唐春安,唐烈先. 岩石力学与工程学报. 2014(02)
[7]大岗山水电站厂房断层控制区域微震监测分析[J]. 张伯虎,邓建辉,周志辉,吕洪旭,吴基昌,吴思浩. 岩土力学. 2012(S2)
[8]基于微震监测的矿山开挖扰动岩体稳定性评价[J]. 郑超,杨天鸿,于庆磊,张鹏海,刘洪磊,张省军. 煤炭学报. 2012(S2)
[9]基于微震监测技术的隧洞强岩爆预测实践[J]. 揭秉辉,唐烈先,马天辉. 人民长江. 2012(17)
[10]红透山铜矿微震监测系统的建立及应用研究[J]. 刘建坡,石长岩,李元辉,张凤鹏,赵兴柱,张国联. 采矿与安全工程学报. 2012(01)
博士论文
[1]基于微震信息的深埋隧洞岩爆孕育成因研究[D]. 赵周能.东北大学 2014
本文编号：3461182
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