巖爆是深埋隧道施工過程中常見的一種地質災害,嚴重制約深埋隧道開挖的安全和效率。本研究從巖爆孕育相關的巖體破裂所釋放微震波頻率的角度出發(fā),建立了基于微震波頻率衰減特征的隧道巖體破裂微震主頻計算方法。分析了錦屏二級水電站引水隧洞群大埋深大理巖洞段,隧道掘進機(TBM)和鉆爆法兩種施工方法下的典型強烈?guī)r爆案例。研究結果表明:TBM強烈?guī)r爆孕育時巖體破裂微震主頻由高向低交替變化,且在巖爆發(fā)生當日降低到最小,鉆爆法強烈?guī)r爆的微震主頻演化則是無序的;TBM和鉆爆法強烈?guī)r爆孕育過程中單日最小微震主頻一般低于200Hz,且TBM單日最小微震主頻呈逐漸降低的趨勢。微震主頻的演化規(guī)律可為深埋隧道巖爆預警預測提供參考。 

【文章來源】：山東科技大學學報(自然科學版). 2020年04期 北大核心

【文章頁數】：6 頁

【部分圖文】：

TBM隧道微震監(jiān)測傳感器布置示意

波形頻譜是指對所記錄的時間-振幅時域波形圖進行離散傅里葉變換后生成的頻率-振幅波形頻域圖。波形頻譜圖中最大振幅所對應的頻率是該波形最大有效頻率。以3#引水隧洞TBM巖爆微震監(jiān)測過程中2010年6月9日所記錄的某一微震輻射能為509J的巖體破裂微震事件為例，該巖體破裂被R7和R5兩組共6個傳感器所感知。圖2為該巖體破裂微震事件對應不同傳感器所記錄微震波波形的頻譜。從圖中可以看出：兩組傳感器所記錄微震波形的最大有效頻率主要范圍為390～430Hz，僅R5-Right傳感器存在較大偏差，約為282Hz。盡管兩組傳感器的震源距離相差近60m，在震源距離由約60m增大到約120m時，微震波的最大有效頻率基本無衰減，這與微震波振幅嚴重衰減的情況差異明顯。表明對于隧道微震監(jiān)測，微震波最大有效頻率是相對穩(wěn)定的波形參數。同組傳感器由于近似處于同一橫斷面，對于位于掌子面附近的巖體破裂，各傳感器的震源距離相差較小。且?guī)r體破裂輻射微震波傳播至同一組傳感器的路徑和頻率衰減特征相近。另外，同組傳感器的工作環(huán)境及受環(huán)境噪聲干擾程度較為一致。同組傳感器所記錄波形的最大有效頻率應基本相同。但圖2中某一傳感器對應的波形最大有效頻率出現(xiàn)明顯差異，這一現(xiàn)象較為普遍，其原因可能在于該傳感器在安裝時與鉆孔孔壁圍巖的耦合較差或傳感器本身性能下降，致使波形頻率衰減嚴重。針對極個別傳感器微震波波形頻率可能失真的情況，將巖體破裂微震主頻定義為：

式中，fmain為巖體破裂微震主頻，N為對應巖體破裂觸發(fā)傳感器的總數量，fi為第i個傳感器記錄波形的最大有效頻率，fmax和fmin分別為最大有效頻率fi(i=1,2，…，N）中的最大值和最小值。圖3為本研究巖爆案例相關的90個巖體破裂微震主頻與其微震輻射能的關系，可以看出巖體破裂微震主頻fmain與其對應微震輻射能E的對數近似呈反比關系。該計算方法有效規(guī)避了可能因某一傳感器波形失真造成的事件頻率計算不準，所計算的事件主頻符合巖體破裂震源能量越大、所輻射波形的主要頻率范圍越低的一般特征。

【參考文獻】：
期刊論文
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