长大隧道岩爆灾害研究进展

岩爆是长大隧道施工中发生频率较高的突发性地质灾害;岩爆研究对于隧道的勘测设计、施工组织及安全生产具有重要的现实意义.岩爆机理研究是岩爆预测及控制技术发展的基础;由于现有理论的不完善,以之为基础的预报体系及控制技术还不能对岩爆灾害进行准确预报和有效控制.岩石静力学理论在岩爆研究中是重要的,但它还不能阐明岩爆的全部机理.钻爆法开挖过程中,各炮层的顺序起爆、周边眼起爆后开挖轮廓面的瞬时大幅卸载及岩爆事件本身所产生的各类高幅值、陡波前应力波以及它们的叠加效应对于围岩,尤其是处于双向受压、一侧临空、具有发生破坏潜势的既有炮次围岩的扰动作用应该是显著的.围岩也许不会在上述动荷载的一次作用下就发生宏观破坏,但这些应力波的多次扰动,却会在微观-细观尺度上引起围岩累积性损伤的加剧与局部应力环境的恶化,并最终导致裂纹的大规模瞬时动力扩展,伴随晶间、粒间瞬态应变能的高速释放,围岩便会以岩爆的形式失稳.因此,系统进行岩爆灾害的岩石动力学机理研究是必要的.     

基于组合赋权的混合粒子群优化支持向量机的岩爆倾向性预测

为有效预测岩爆灾害发生烈度,提出一种基于组合赋权的混合粒子群优化支持向量机(H-PSO-SVM)岩爆倾向性预测模型。根据岩爆发生机制,在分析岩爆发生的主要影响因素的基础上确定出评判指标;综合考虑模糊层次分析法(FAHP)所得主观权重和熵权法所得客观权重,应用调和平均数概念,构建组合赋权准则;引入遗传算法交叉、变异操作改进传统粒子群(PSO)极值跟踪和粒子更新方法,建立H-PSO-SVM岩爆倾向性预测模型。利用国内外已有工程实例数据进行50次随机抽样试验,对比分析H-PSO-SVM模型和PSO-SVM模型等预测结果。结果表明:H-PSO-SVM模型应用于岩爆工程实例预测具有可行性和适应性,模型预测的准确率高于其他模型,且预测结果更稳定。     

隧道地质灾害预报方法

隧道地质灾害主要有塌方、涌水、岩爆、膨胀岩等。进行隧道地质灾害预报的主要方法是：a.分析地质条件，预报隧道开控过程中可能遇到的地质灾害的类型；b.预报不良地质构造在隧道的分布位置；c。预报地质灾害的产生。本文主要讨论上述三个方面的问题。     

一种典型的煤岩冲击破坏的微震前兆模式

基于跃进煤矿23130工作面硬顶板破裂诱发的强岩爆灾害的微震监测结果,发现了典型的煤岩岩爆破坏的MS效应规律,即“前兆冲击-静期-主震”模式。通过小波去噪和傅里叶变换,详细揭示了岩爆不同阶段的MS频谱演化规律。研究结果表明：岩爆破坏前,前兆MS信号的优势频率开始下降,中心频率小于25 Hz;频谱分布呈单峰型,振幅较大。静期MS信号幅值突然减小,同时大量微裂缝压裂产生的高频分量开始明显增加,频谱分布呈现多峰型;这一阶段被称为静储能阶段,大量的弹性应变能开始在煤岩材料中积累。当煤岩材料中累积的总弹性能达到极限储存能时,触发岩爆,且主震信号的中心频率小于10Hz,同时振幅达到峰值,通过煤岩组合试样变形,断裂和岩爆破坏的MS效应实验,验证了岩爆现场实测结论,该研究结论为利用MS监测系统进行岩爆危险性评价和预警提供了有益的尝试。     

深埋硬岩隧洞岩爆风险与结构面倾角关系探讨∗

针对深埋硬岩隧洞即时性应变-结构面滑移型岩爆预测预警问题。以埋深 2 375 m 的某深部地下实验室 7#、 8#实验室发生的一次极强岩爆作为现场测试对象,基于钻孔摄像技术实现隧洞围岩内结构面展布可视化,通过岩爆诱发洞段与安全通过洞段围岩内结构面展布差异的对比分析、围岩弹性应变能分布特征分析与岩爆统计规律分析,对岩爆孕育中结构面的控制作用进行了深入的探讨。研究结果表明,深埋硬岩隧洞边墙与围岩内发育的结构面平行或是小角度(小于 30°)相交时具有更高的即时性应变-结构面滑移型岩爆风险。7#、8#实验室钻孔摄像结果显示,岩爆诱发洞段围岩内结构面近乎平行于边墙发育,3 处安全通过洞段围岩内结构面与隧洞边墙均为大角度 (大于 30°)相交。围岩内不同的结构面展布形态为岩爆孕育提供了不同的能量累积环境,当围岩内结构面平行于边墙或是小角度相交于边墙时 ,结构面的存在将有利于岩爆孕育 。 所有发生于锦屏二级水电站排水洞 SK8+200~8+800 洞段的岩爆统计数据表明,隧洞边墙与围岩内结构面相交夹角较小(小于 30°)的区域具有更高的即时性应变-结构面滑移型岩爆风险,这与 7#、8#实验室现场测试及数值模拟结果相吻合。     

基于不同指标无量纲化方法的岩爆预测模型优选

为研究不同指标无量纲化方法对岩爆等级预测模型精度的影响，提高岩爆预测准确率，选取应力系数、脆性系数和弹性能量指数作为预测指标。基于104组岩爆实例大样本数据，采用统一极差处理法、差异化极差处理法、平均化处理法和归一化处理法4种指标无量钢化方法，对预测指标的原始数据进行处理，建立不同的岩爆预测距离判别模型并进行工程实例应用。研究结果表明:基于平均化处理法的岩爆预测模型的回判准确率高达97.1%；对不同矿山、隧道和水电站的6个工程实例的预测结果符合实际情况，说明其是一种准确率高、方便实用的岩爆预测模型。     

急倾斜矿体空场法开采的矿柱回收与卸压开采效果数值分析

矿柱回采方法不恰当,将致使大量矿柱残留采场而无法经济、安全地回收。为了解决上述问题,避免或消除深部开采产生的地压灾害,提出了间隔矿柱抽采法回采间柱,"V"型松动爆破并上盘底板松动爆破隔断开采,采用FLAC3D数值模拟了矿柱回采及深部卸压开采的应力变化过程,将数值模拟结果与实际开挖进行了对比,并在此基础上评价了矿柱回收及卸压开采的效果。结果表明:间隔抽采矿柱后,1 010 m中段第一分层顶柱及其以下保留的矿柱不会发生冒落,但上盘局部千枚岩会因长期拉伸疲劳破坏而垮塌,为了避免采空区顶板长期暴露、垮落而造成出矿贫化,必须加快出矿;"V"型松动爆破并上盘底板松动爆破隔断开采,降低了910 m中段开采的应力集中程度,基本消除了910 m中段开采时发生岩爆的应力条件;回收过矿柱的相邻采空区的分隔间柱,其回采宽度不应超过1/2;相邻两采空区都间隔抽采间柱并卸压开采后,960 m中段基本实现了垮塌的千枚岩或残留矿柱充填采空区,从而消除了采空区隐患。     

五老峰隧道岩爆声发射参数特征研究

为研究岩爆事件的声发射特征，为岩爆灾害的进一步监测预警提供依据，对五老峰隧道掌子面附近区域岩爆事件进行声发射监测，以RA均值作为主要参数，研究岩爆发生前后的参数变化规律，并通过与b值等参数分析结果的相互印证，对比岩爆信号与爆破震动信号之间的区别。试验结果表明:不同传感器因为布设位置、耦合程度的差异，接收到的声发射信号数量与参数分布范围存在较大差异；RA均值作为参数分析依据，能够较好地反映岩爆事件的孕育发展过程，且能够一定程度上消除传感器接收信号数量差异的影响，更稳定地反映岩爆事件的信号特征；岩爆事件发生前RA均值与事件密度不断升高，峰值后则都迅速降低，而爆破产生的声发射信号则在RA值上存在一定突变性，且峰值后仍保持较高水平。本次监测中，共发生1次微型岩爆，而在左洞爆破后，声发射信号明显增多，但并未产生显著破裂事件。     

白云岩单轴压缩试验声发射特性研究

在单轴压缩条件下,进行白云岩破坏全过程的声发射试验研究,得到应力、声发射特性与时间的关系,并研究了岩体的Kaiser效应。结果表明:（1）岩石单轴压缩破坏过程中并不是所有试验岩样有具有典型的声发射特征阶段,部分岩样AE曲线中可以找到Kaiser效应特征点,但是多数岩样的Kaiser效应特征点不明显;（2）岩样的AE现象在应力达到峰值前会经过一个平静期,而在岩石发生破坏直至彻底破坏阶段,AE现象明显增加,这个先平静后剧增的过程可以作为预报岩爆发生的一种警示信号;（3）大多数岩样都在AE能量达到最大时发生彻底破坏。     

基于反赋权与MBCT-SR多维云模型算法岩爆预测研究

基于岩爆事故的模糊性与随机性特征,为解决在当前岩爆烈度等级预测研究中,通过正向云发生器经验式计算多维云模型特征值进而导致预测结果主观性较强的问题.本文选取应力比Ts=σθ/σt、岩石脆性指数B=σc/σt以及弹性应变储能指数Wet作为评价指标,结合机器学习理论,采用多维逆向MBCT-SR云发生器算法对岩爆等级进行预测,...