地下硐室岩爆的预测及处理研究

洞室开挖过程中常发生规模大小不一的岩爆,因此合理地评价其开挖过程中岩爆发生的可能性、现场对岩爆的观测、分析研究岩爆的烈度、分布范围以及相应的预测防治处理措施具有重要的工程意义。基于此,首先从岩爆发生的基本条件、岩爆烈度分级标准、隧洞岩爆特点、地质宏观评价的角度对硐室施工过程中岩爆发生的可能性进行了评估;然后,采用较常规的岩爆的现场预测预报方法(主要采用定性方法和工程地质类比法)对该地下硐室岩爆发生的烈度进行了评价;最后提出了相应的防治措施,即施工岩爆处理措施,研究结果对高地应力区及上覆岩层较厚的地区兴建或开挖地下洞室具有重要的参考作用。     

基于等效数值法的岩爆烈度预测研究

岩爆是深部岩石地下工程中常见的自然灾害,因此,必须对岩爆烈度进行预测。选择围岩最大切向应力与其单轴抗压强度的比值σθ/σc、岩石单轴抗压强度与单轴抗拉强度的比值σc/σt以及岩石弹性能量指数Wet作为岩爆烈度评价指标,基于王元汉岩爆烈度分级标准建立了岩爆烈度等效数值法预测模型。国内外12个岩石地下工程的岩爆预测表明,本文模型预测结果与实际岩爆烈度非常吻合,与其他预测模型相比,所建议的模型简单易行,便于实际工程采用。     

地下工程岩爆研究现状综述

基于地下工程岩爆研究成果,系统总结了岩爆的定义、类型、烈度分级、影响因素、破坏机理、预测与防治方法。指出目前岩爆研究中存在的主要问题,即岩爆发生的机理不够明确,判据不够充分,工程适用性欠佳,预测手段单一等。提出岩爆综合预测的研究思路,建议将岩爆的预测划分为岩爆倾向性预测、岩爆趋势预测和岩爆现场监测3个阶段。     

地下洞室岩爆预测灰色最优归类模型研究

在灰色关联分析和模糊识别原理的基础上,运用最小二乘法构造目标函数,选取影响岩爆的主要因素洞壁围岩最大切向应力σt、岩块单轴抗压强度σc、岩爆岩石的脆性指数K u、应力下降指数Kσ、岩石的弹性能量指数K w,并将σt/σc、K u、Kσ和K w作为评价影响因子进行关联分析,同时将岩爆烈度划分为无岩爆、弱岩爆、中岩爆和强岩爆4个等级,建立岩爆烈度分级预测的灰色最优归类数学模型。模型运用了动态权重计算方法和综合评判指数的概念,充分考虑了评价标准指标的离散性。利用该模型对四川某水工隧洞3个断面围岩岩爆发生的可能性及烈度等级进行了预测,获得了较为客观的评价效果,表明所采用的地下洞室岩爆烈度预测方法是合理、有效的。     

国内外岩爆研究现状综述

岩爆类型与岩爆烈度分级、岩爆形成机理、岩爆预测、岩爆防治措施等方面着手,阐述了国内外岩爆研究的现状,并在某些方面提出了一些新的见解。     

基于模糊概率的深埋隧洞岩爆风险分析

 岩爆是深埋隧洞开挖中主要工程问题之一,如何对其进行准确预测也是岩石工程的重点研究课题。针对深埋隧洞围岩发生岩爆的随机性和模糊性,将岩爆视为一种风险,引入以可靠度为基础的模糊概率风险理论,建立了一个新的岩爆风险预测模型——模糊概率风险分析模型,该方法克服传统判别方法的不足,既能预测岩爆的发生,又能计算各级岩爆发生概率。结合工程常用的Russenes岩爆判别法,推导出模型的概率密度函数和隶属函数形式。应用该方法对南水北调西线工程泥曲-杜柯河段隧洞部分洞段进行岩爆风险评估,并与常规岩爆判别法对比。     

某水电站洞室岩爆的尺寸效应

统计某水电站探洞和交通洞现场典型岩爆特征表明,在基本地质条件相似的情况下,岩爆具有随洞室尺寸的增大而增强的趋势,即岩爆具有尺寸效应.根据围岩条件和应力条件建立岩爆分级判别标准.并运用该标准对比分析了整条交通洞和引水隧洞岩爆的尺寸效应,结果表明,在相同桩号处,在其他岩爆发生条件相似的情况下,引水隧洞的岩爆烈度将比交通洞的提高半个等级.     

基于组合赋权-TOPSIS理论的岩爆预测研究

岩爆是一种多因素影响、形成机制复杂的地质灾害。以岩爆烈度分级评价为目标。收集37例既有岩爆灾害的地下工程的调查资料,结合已有岩爆理论,依据岩石力学性质、围岩应力条件、围岩结构条件3个方面对应提出15个岩爆影响因素评价指标。采用主观赋权(层次分析法)与客观赋权(熵权法)相结合的方式对各影响因素进行赋权,运用TOPSIS理论分析岩爆烈度与影响因素间的对应关系,使用理想解排序法得到岩爆烈度与理想解的距离,从而判别岩爆等级。对国内7个发生岩爆的水电站地下洞室进行岩爆烈度等级判断,结果表明:对岩爆烈度影响较大的因素为岩爆倾向性指数、能量储耗指数、Turchaninov准则,所占权重分别为0.192、0.129、0.132;TOPSIS模型评判多因素综合作用下岩爆烈度等级准确率可达85.7%。     

秦岭隧洞岩爆应力解除爆破及支护参数优化

针对引汉济渭工程秦岭隧洞具有超长、大埋深、地质条件复杂、高地温、高地应力、施工通风及运输距离长等特点,开挖施工过程中岩爆的预防和处理是难点,在施工过程中,运用理论分析及现场试验等方法,通过对开挖前岩爆产生地段的预报解除和开挖后支护参数优化,减小岩爆对工程安全和进度的影响。以引水隧洞4号支洞的开挖段为试验段,采集开挖过程中发生岩爆的信息,通过微震监测预报数据,对应力解除爆破前、后监测数据进行对比分析,进行岩爆段开挖前应力解除爆破和开挖后支护参数优化,提出轻微、中度、强烈岩爆的有效防治措施。结果表明:应力解除施工方案可以避免或大幅降低岩爆的发生概率、烈度与规模,具备对应力集中部位预测准确、应力解除到位、解除效果可靠的优点,同时在开挖后对轻微、中度、强烈岩爆段采取不同支护参数,能够有效地减小岩爆造成的破坏,保证隧洞围岩稳定和地下结构安全。     

基于断裂力学及随机有限元的隧道岩爆风险分析

国内外大多数的岩爆预测方法中,都是利用应力强度比进行岩爆预测,该理论未考虑工程中存在的大量不确定性。基于此,提出了岩爆发生的断裂力学模型,即认为岩爆是由平行于自由表面的裂纹扩展造成的,在外荷载作用下,这些微小张性裂纹发生断裂,逐渐扩展、相互连接,当达到一定程度后,形成一定形状的肉眼可见的宏观裂纹,最终导致岩石破坏。以岩爆的层裂板模型为基础,运用可靠度原理及随机有限元方法,建立了岩爆发生的概率风险模型。工程实例计算表明,基于断裂力学及随机有限元的岩爆分析模型,可以较好地反映工程实际,为类似工程提供参考。     

天生桥二级水电站引水发电隧洞岩爆烈度与分级的研究

天生桥二级水电站引水发电隧洞，８５％的洞段分布坚硬的石灰岩和白云岩，开挖过程中发生了频繁的岩爆。进行岩爆的烈度分级，是一项重要的有意义的工作本文将岩爆分为４级，特强岩爆之外，强列、中等及弱岩爆，在该电站隧洞中有发生。     

基于微震监测的岩爆预报在引水隧洞 施工中的运用

为实现锦屏Ⅱ级水电站引水隧洞和排水隧洞在施工期间可能发生的强烈岩爆的预报,本文制定了基于微震监测技术的岩爆预报方案。首先对微震监测系统收集到的微震信息进行滤波处理和波普分析。然后,根据微震信息进行微震源定位,同时得到微震事件的数量、释放能量、视体积、能量指数等指标。最后,根据这些指标的值及其变化规律并结合现场地质条件预测隧洞发生岩爆的概率和强度。现场岩爆情况与采用该方法的岩爆预报结果对比表明：该预报方法对高强度岩爆具有较高的准确率。     

深埋隧洞开挖岩爆数值模拟与预测

为能更好地反映深埋隧洞岩爆的脆性破坏特征,在岩爆的数值模拟中采用了一个复合破坏准则弹脆塑性本构模型,并结合锦屏二级水电站辅助洞工程,综合运用各种判据和方法建立岩爆的预测体系,对开挖过程中岩爆的发生情况进行了预测,判定在洞肩和洞底角点处发生岩爆可能性较大,这与锦屏二级水电站辅助洞岩爆实际发生情况基本一致。对岩爆的预测具有一定的参考价值。     

深部岩体隧洞岩爆灾害影响因素分析

深部岩体隧洞施工过程中频发的岩爆灾害时常会造成大量的人员伤亡以及巨大的财产损失。基于某水电站4条引水隧洞开挖过程中的大量的岩爆实例,以数值运算为主要研究手段,从能量的角度出发对影响岩爆灾害发生的关键性因素进行了研究,结果表明:相同长度的隧洞开挖过程中随着单循环开挖步长的增大,微震能量释放值不断增大,岩爆的发生频次具有增加的趋势;当开挖速度控制在合理范围内时,围岩稳定性可以得到有效控制,当其突破到临界状态以上时,岩爆的发生频次具有显著增加的特征;在一定埋深范围内随着埋深的增加,岩爆发生的频率、强度具有明显增加的趋势;上述研究结果可以为高地应力条件下地下隧洞开挖过程中岩爆的预测与防治提供合理的科学依据。     

地下工程中基于人工神经网络的岩爆预测

研究地下工程岩爆等非稳定性问题，目的在于对这种非稳定性问题进行预测。以便提前采取积极的措施．预防安全事故的发生。岩爆是在引起岩爆发生的内、外因素共同作用下的一种动力失稳现象。只有在具有发生岩爆固有属性的岩体中，同时又具备使该岩体发生岩爆的外部必要条件，岩爆才会发生。岩爆形成的内、外条件组合一起，形成了岩爆预测的充分必要条件，通过收集国内外多个地下工程实际岩爆资料。分析了影响岩爆发生的主要因素，运用人工神经网络方法，建立了岩爆预测的人工神经网络模型，并根据某地下工程的实测参数，验证了预测模型的可靠性。结果表明，所建立的模型具有较高的预测精度。     

岩爆综合预测的模糊概率方法

 在综合分析岩爆发生条件的基础上,从岩性条件、应力条件和围岩条件3个方面,分别选取能量储耗指数、岩石脆性指数、弹性应变能指数、线弹性能、切向应力准则、地应力指数、强度系数以及岩体质量RQD 8个指标作为影响岩爆的主要因素。利用模糊概率理论,提出了一类新的岩爆综合预测方法,该方法较全面地考虑了岩爆评价中的模糊性与随机性,给出了岩爆影响因素的模糊权重,避免经典模糊综合评判方法在权重取值上的局限性。     

珠江三角洲土坝和堤围震害初步预测

本项预测采用概率方法,即首先根据广东省水利部门提出的55座土坝和59个重点的座标(见附图),进行概率地震危险性分析,给出它们在一定预测年限T(取50年和100年)的地震烈度Ⅰ的超越概率;其次根据近年我国发生的几次强震时处于不同烈度区内的土坝和堤防的震害资料,形成表示土坝和土堤地震易损性的震害概率矩阵;然后,根据上述两方面结果用概率公式评价各土坝和堤围点在预测年限内各震害等级的超越概率,并取10％超越概率为标准,估计震害等级。结果表明,珠江三角洲土工构筑物的地震危害性南部高于北部。     

江边电站引水隧洞岩爆及其防治分析

在隧道及地下工程施工过程中,岩爆现象时有发生,岩爆产生的危害也较大。由于岩爆发生的时间、强度及具体位置的不确定性,给岩爆的预测及其防治带来了困难。从江边电站引水隧洞支洞岩爆状况入手,结合现场实测的地应力值和岩石单轴压缩变形试验,并通过对岩爆发生的力学机制及其预测的研究分析,提出了防止岩爆发生的对策和安全措施,实现了工程高强度岩爆洞段的快速安全施工,为洞室开挖设计和岩爆监测预报提供了参考依据。     

岩爆机理分析与预测

天生桥水电站引水隧洞在开挖过程中发生了岩爆.本文根据现场的观察资料和室内有关的岩石试件声发射测试成果,对这些岩爆进行了分析.根据分析结果建立了岩爆的力学模型,并以此为基础用有限元法对岩爆进行预测.天生桥的预测结果与实际岩爆的发生吻合较好.     

天生桥二级水电站隧洞岩爆规律及预测方法的探索

本文通过天生桥二级(坝索)水电站3条引水隧洞开挖发生的岩爆现象,总结出岩爆发生的规律(即岩爆现象,岩爆爆裂面的形态特点、类型,破裂面的力学特性,岩爆的深度和宽度,岩爆发生时间及岩爆沿洞轴线分布规律等)及预测岩爆的方法。