【摘要】：深埋巖石隧洞工程普遍遭遇突發(fā)性和破壞性極大的巖爆災(zāi)害,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),僅錦屏二級(jí)水電站隧洞群已開(kāi)挖工程就發(fā)生不同程度巖爆上千次。面對(duì)大量的微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),由于難以找到微震數(shù)據(jù)與巖爆孕育過(guò)程的內(nèi)在聯(lián)系和演化規(guī)律,至今在我國(guó)還沒(méi)有非常成功的巖爆監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)案例,因此,開(kāi)展深埋隧洞在高應(yīng)力條件下硬巖的巖爆孕育過(guò)程和微震預(yù)警問(wèn)題研究十分必要。論文以巖石損傷力學(xué)理論為基礎(chǔ),以數(shù)值模擬分析和微震監(jiān)測(cè)為手段,揭示開(kāi)挖卸荷巖爆孕育過(guò)程,基于微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析探索巖爆的前兆規(guī)律,為巖爆的預(yù)警與防控奠定理論與技術(shù)基礎(chǔ)。建立多種卸荷應(yīng)力路徑和巖體介質(zhì)條件下的數(shù)值模型,進(jìn)行開(kāi)挖卸荷引起巖爆孕育過(guò)程數(shù)值模擬研究。主要內(nèi)容包括：(1)以試樣單軸壓縮破裂過(guò)程模擬相鄰隧洞巖體或者同一條隧洞相向開(kāi)挖而產(chǎn)生的巖柱型巖爆,揭示微震特性為“前震-主震一余震型”模式；(2)以試樣側(cè)壓卸荷破裂過(guò)程模擬現(xiàn)場(chǎng)高應(yīng)力下由于開(kāi)挖引起突然卸荷而產(chǎn)生的巖爆,揭示開(kāi)挖卸荷誘致巖爆的機(jī)理；(3)通過(guò)對(duì)巖體隧洞單步(一次)開(kāi)挖和分步(多次)開(kāi)挖發(fā)生巖爆進(jìn)行數(shù)值模擬,揭示微震事件釋放能量及頻次與施工方式聯(lián)系緊密,揭示微震事件由無(wú)序分布向有序集中發(fā)展呈現(xiàn)自組織的基本規(guī)律。在力學(xué)機(jī)理上,認(rèn)為巖石的非均勻性是巖爆存在前兆的根源,變形的局部化是形成巖爆的內(nèi)因,而巖石與其周?chē)h(huán)境的相互作用是巖爆的外因�；谶@方面的認(rèn)識(shí),根據(jù)錦屏二級(jí)水電站現(xiàn)場(chǎng)不同地質(zhì)與開(kāi)挖條件,提出傳感器的布置形式、采集數(shù)據(jù)工作方式。根據(jù)排水洞現(xiàn)場(chǎng)微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析,通過(guò)對(duì)微震事件數(shù)目、事件位置、事件能量、能量釋放速率、事件聚集密度云圖等多因素進(jìn)行量化,并結(jié)合開(kāi)挖過(guò)程的數(shù)值模擬,進(jìn)行巖爆孕育過(guò)程的預(yù)警分析,揭示極強(qiáng)巖爆和強(qiáng)巖爆的預(yù)警機(jī)制。對(duì)巖爆災(zāi)害的預(yù)警和防控奠定理論基礎(chǔ),為指導(dǎo)安全施工提供技術(shù)保障。根據(jù)1#引水隧洞微震監(jiān)測(cè)分析,揭示采用先導(dǎo)洞后TBM落地掘進(jìn)施工方案,可以降低或者控制發(fā)生巖爆。3#和4#引水洞相鄰多個(gè)工作面同時(shí)掘進(jìn),通過(guò)三維數(shù)值模擬和微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析,揭示巖爆發(fā)生部位受相鄰隧洞嚴(yán)重的影響。
[Abstract]:The deep buried rock tunnel engineering is generally met with sudden and destructive rock burst disasters. According to incomplete statistics, only the tunnel group of Jinping II hydropower station has been excavated for thousands of times in varying degrees. In the face of a large number of microseismic monitoring data, because it is difficult to find the inherent relation and evolution law between microseismic data and the process of rockburst inoculation, so far there are not very successful cases of rockburst monitoring and prediction in China, so, It is necessary to study the preparation process of rock burst and the early warning of microearthquakes in deep buried tunnel under high stress conditions. Based on rock damage mechanics theory, numerical simulation analysis and microseismic monitoring are used to reveal the incubation process of excavation unloading rockburst, and the precursor law of rockburst is explored based on microseismic monitoring data. It lays a theoretical and technical foundation for early warning and prevention and control of rock burst. The numerical models of various unloading stress paths and rock mass media are established to simulate the incubation process of rock burst caused by excavation unloading. The main contents are as follows: (1) the rock column rockburst caused by the rock mass of adjacent tunnel or the same tunnel is simulated by the uniaxial compression fracture process of the specimen, which reveals that the microseismic characteristic is the model of "foreshock-main-aftershock type"; (2) simulating the rockburst caused by excavation under high stress, and revealing the mechanism of rockburst induced by excavation unloading; (3) through numerical simulation of rock burst in single step excavation and step by step excavation of rock mass tunnel, it is revealed that the release energy and frequency of microseismic events are closely related to the construction mode. It is revealed that the development of microseismic events from disordered distribution to orderly concentration presents the basic law of self-organization. On the mechanical mechanism, it is considered that the heterogeneity of rock is the root of the precursor of rock burst, the localization of deformation is the internal cause of rock burst, and the interaction between rock and its surrounding environment is the external cause of rock burst. Based on the understanding of this aspect, according to the different geological and excavation conditions of the second stage hydropower station in Jinping, the layout of sensors and the working mode of collecting data are put forward. Based on the analysis of microseismic monitoring data in drainage tunnel field, the number of microseismic events, event location, event energy, energy release rate, event aggregation density cloud map and so on are quantified, and the numerical simulation of excavation process is combined. The early warning mechanism of extremely strong rock burst and strong rock burst is revealed by early warning analysis of the inoculation process of rock burst. It lays a theoretical foundation for early warning and prevention and control of rock burst disaster and provides technical guarantee for guiding safe construction. According to the microseismic monitoring and analysis of 1# diversion tunnel, it is revealed that the construction scheme of TBM landing tunneling after pilot tunnel can reduce or control the occurrence of rockburst. The excavation of several faces adjacent to the diversion tunnel can be reduced or controlled at the same time. Through 3D numerical simulation and data analysis of microseismic monitoring, it is revealed that the location of rock burst is seriously affected by adjacent tunnels.
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TV554

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本文編號(hào)：2181319