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随着工程埋深的增加,硬岩高地应力下的岩爆灾害变得越来越突出,岩爆作为一种工程灾害严重威胁着施工人员及施工机械安全,进而也影响着施工进度。岩爆孕育的规律和机制是岩爆预测与动态调控的基础。只有清楚岩爆的孕育规律和机制,才能更有针对性地对其进行预测和调控。因此,本文结合雅砻江锦屏Ⅱ级水电站引水隧洞、排水洞岩爆段微震监测技术服务B标段微震监测数据及开挖过程中揭露出来的岩爆破坏现象,开展了以下几个方面的研究工作:
1、全面分析了各种基于微震数据岩石破裂研究方法的优缺点,以及其在本文研究工作中的适用性。着重研究了既能够得到岩石破裂宏观破裂类型结果,又能够得到岩石破裂面方位的矩张量方法。并给出了使用矩张量方法进行岩爆孕育机制研究的理论思路。
2、总结了考虑隧洞工程微震监测岩石破裂瞬时性和大量微震数据及时处理要求的矩张量快速求解公式,并针对深埋隧洞线性掘进和传感器布置方式有限性的特点,采用旋转坐标轴的改进方式,来消除隧洞坐标系下震源-传感器坐标差差别过大而造成数值计算的不良结果。
3、以微震监测矩张量计算结果和震源参数的研究为基础,根据现有矩张量判别破裂类型方法的优缺点,从矩张量分解分量物理意义和分解方式的适用性出发,进行了矩张量分解判别破裂类型方法的改进,提出了一般性地矩张量分解破裂类型判别方法;
针对深埋隧洞岩石破裂非剪切破裂形式的大量存在,考虑破裂面运动方向与破裂面不共面、岩石抗剪强度与应力状态有关、抗拉强度与岩性有关的原理,提出了根据运动夹角判别破裂类型的建议方法;
在实例研究中证明了一般性矩张量分解破裂类型判别方法相对其他方法在本文研究对象分析中,具有更好的适用性和可靠性。
4、对锦屏Ⅱ级水电站深埋隧洞微震监测段的三类岩爆:即时性应变型岩爆、即时性应变-结构面滑移型岩爆和时滞型岩爆,进行了相应的岩石破裂类型演化规律研究,总结得到了这三类岩爆孕育过程中不同的岩石破裂类型时间演化规律。依据不同类型岩爆岩石破裂类型时间演化规律的不同特点,思考并建议了这些规律在岩爆预测中的应用。
5、针对深埋隧洞岩石破裂非剪切形式的大量存在,使用破裂面法向矢量、运动方向矢量和矩张量特征矢量之间的关系,定量推导了岩石破裂面产状的求解方法。根据岩爆孕育过程中岩石破裂面时空演化特点,结合岩爆破坏面暴露出来的破坏面特点以及爆出物的形式,详细地分析了即时性应变型岩爆、即时性应变-结构面滑移型岩爆和时滞型岩爆这三类岩爆的岩石破裂面产状特征演化过程,以此直观地得到了岩爆孕育全过程的描述。最后在对上述三类岩爆孕育过程中破裂面时空演化规律的认识基础上,针对其对预防岩爆施工支护措施的帮助进行了一些思考,给出了一些建议。