水電工程深埋隧洞圍岩破裂結構特征及其與岩爆的關係《煤礦安全雙七條規定》暨預防煤礦頂板事故專題技術講座

　　《《煤礦安全雙七條規定 煤礦安全雙七條規定》》暨預防煤礦頂板事故專題技術講座 暨預防煤礦頂板事故專題技術講座

　　水電工程深埋隧洞圍岩破裂結構特征

　　及其與岩爆的關係

　　周輝

　　中國科學院武漢岩土力學研究所

　　周輝

　　2013年月8 日

　　中國科學院武漢岩土力學研究所

　　岩土力學與工程國家重點實驗室

　　2013年7 月8 日

　　提提綱綱

　　一. 一.深埋隧洞岩爆的一般性規律 深埋隧洞岩爆的一般性規律

　　二. 二.深埋隧洞圍岩破裂結構特征 深埋隧洞圍岩破裂結構特征

　　三. 三.深埋隧洞圍岩破裂結構形成岩爆的機理 深埋隧洞圍岩破裂結構形成岩爆的機理

　　四. 四.微震監測與深埋隧洞岩爆預測 微震監測與深埋隧洞岩爆預測

　　結語 五.結語

　　深埋隧洞岩爆的 般性規律 深埋隧洞岩爆的 般性規律

　　¾ 深埋隧洞岩爆的危害性

　　一.深埋隧洞岩爆的一般性規律 深埋隧洞岩爆的一般性規律

　　¾ 發生頻率高，強度高

　　¾ 相對危害性大：掌子麵設備和人員 相對危害性大：掌子麵設備和人員

　　深埋洞段最高岩爆發生

　　¾ 深埋隧洞岩爆的危害性

　　相對危害性 掌子麵備和員 相對危害性 掌子麵備和員

　　集中，空間局限，可供避讓的空間

　　小，易造成重大傷亡和設備損壞

　　2500m

　　深埋洞段最高岩爆發生

　　頻率：平均1次/3m

　　9 死亡7人

　　9 上億元的TBM報廢

　　9 掌子麵無法恢複

　　引水隧洞和

　　施工排水洞

　　2500m

　　施工排水洞

　　輔助洞

　　16.7km

　　錦屏II 水電站深埋隧洞

　　施工排水洞2009.11.28岩爆(大理岩) 岩爆(大理岩)

　　雅礱江

　　施工排水洞2009.11.28岩爆(大理岩) 岩爆(大理岩)

　　深埋隧洞岩爆的 般性規律 深埋隧洞岩爆的 般性規律

　　¾ 深埋隧洞岩爆的 般性規律

　　一.深埋隧洞岩爆的一般性規律 深埋隧洞岩爆的一般性規律

　　¾ 深埋隧洞岩爆的一般性規律 深埋隧洞岩爆的一般性規律

　　錦屏II 水電站輔助洞B岩爆統計

　　地下水 地下水+結構麵 結構麵

　　錦屏II 水電站輔助洞B岩爆統計

　　1 、“有結構麵有岩爆，有水無岩爆” 、“有結構麵有岩爆，有水無岩爆”—存在相對性 有結構麵有岩爆，有水無岩爆 有結構麵有岩爆，有水無岩爆 存在相對性

　　深埋隧洞岩爆的 般性規律 深埋隧洞岩爆的 般性規律

　　¾ 深埋隧洞岩爆的 般性規律

　　一.深埋隧洞岩爆的一般性規律 深埋隧洞岩爆的一般性規律

　　¾ 深埋隧洞岩爆的一般性規律 深埋隧洞岩爆的一般性規律

　　2-2-E(K7+717)

　　1-2- W(K8+ 263 )

　　2-2-E(K7+717)

　　1-2- W(K8+ 263 )

　　2-2 -E (K7+717) 1-2 -W (K 2-2 -E (K7+717) 1-2 -W (K

　　錦屏II 水電站輔助洞A岩爆統計

　　2 、“應力異常區易發(向 、“應力異常區易發(向/ 背斜核部較多)” 背斜核部較多)”—存在隨機性 應力異常區易發 向 應力異常區易發 向背斜核部較多 存在隨機性

　　深埋隧洞岩爆的 般性規律 深埋隧洞岩爆的 般性規律

　　¾ 深埋隧洞岩爆的 般性規律

　　一.深埋隧洞岩爆的一般性規律 深埋隧洞岩爆的一般性規律

　　¾ 深埋隧洞岩爆的一般性規律 深埋隧洞岩爆的一般性規律

　　18

　　6

　　9

　　12

　　15

　　18

　　次數 n (次)

　　0

　　3

　　6

　　2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

　　距掌子麵距離 (m)

　　岩爆次

　　輔助洞時滯性岩爆

　　岩爆多發生在距掌子麵6 ～12m 的範圍內，掌

　　子麵開挖後的5 ～20小時是岩爆發生的高峰期

　　3 、工程實際所遇到的大多數岩爆都存在時滯性特征 、工程實際所遇到的大多數岩爆都存在時滯性特征—隨機性、突發性、 隨機性、突發性、

　　輔助洞時滯性岩爆

　　子麵開挖後的5 20小時是岩爆發生的高峰期

　　3 、工程實際所遇到的大多數岩爆都存在時滯性特征 、工程實際所遇到的大多數岩爆都存在時滯性特征 隨機性、突發性、 隨機性、突發性、

　　無明顯征兆;滯後發生時間與岩爆強度之間無明顯規律

　　深埋隧洞岩爆的 般性規律 深埋隧洞岩爆的 般性規律 一.深埋隧洞岩爆的一般性規律 深埋隧洞岩爆的一般性規律

　　可見：

　　‡ 岩爆的影響因素眾多;

　　‡ 各影響因素的作用機製複雜 ‡ 各影響因素的作用機製複雜;

　　‡ 雖有一些規律，但隨機性很強。 ‡ 雖有 些規律，但隨機性很強。

　　—尋求和探究深埋隧洞岩爆形成的共性機製，對於正確認知

　　岩爆的複雜物理過程，以及建立相應的預測和防治方法尤

　　為重要。

　　二二 深埋隧洞圍岩破裂結構特征 二. 二.深埋隧洞圍岩破裂結構特征

　　¾ 圍岩破裂結構的構成 ¾ 圍岩破裂結構的構成

　　錦屏II 水電站2#引水隧

　　洞北側牆岩爆(2010.2.19) (2010.2.19)

　　錦屏II 水電站輔助洞3#試驗

　　洞南側拱肩岩爆(2010.1.6)

　　岩爆前的圍岩層裂

　　形態

　　()

　　岩爆前的

　　圍岩層裂

　　形態

　　結構麵

　　掌子

　　麵位

　　岩爆區域 掌子

　　麵位

　　置

　　岩爆區域

　　麵位

　　置

　　z 板狀層裂，張開度3~27mm

　　z 密集的薄片狀曲麵層裂，

　　層裂麵閉合

　　z 1 天後發生中等岩爆

　　層裂麵閉合

　　z 3 天後發生中等-強烈岩爆

　　‡ 隧洞開挖後會出現明顯的、規律性的、不同形態的圍岩板裂化現象; 隧洞開挖後會出現明顯的、規律性的、不同形態的圍岩板裂化現象; ‡ 隧洞開挖後會出現明顯的、規律性的、不同形態的圍岩板裂化現象; 隧洞開挖後會出現明顯的、規律性的、不同形態的圍岩板裂化現象;

　　‡ 板裂麵(+結構麵)切割圍岩形成的圍岩破裂結構，與岩爆關係密切。

　　二二 深埋隧洞圍岩破裂結構特征

　　¾ 圍岩板裂化的幾何特征 出露於洞壁的形態

　　二. 二.深埋隧洞圍岩破裂結構特征

　　¾ 圍岩板裂化的幾何特征—出露於洞壁的形態

　　薄片狀 曲麵狀 規則閉合板狀

　　規則張開板狀 不規則張開板狀 巨厚板狀

　　二二 深埋隧洞圍岩破裂結構特征

　　¾ 圍岩板裂化的幾何特征 沿隧洞斷麵的分布特征

　　二. 二.深埋隧洞圍岩破裂結構特征

　　¾ 圍岩板裂化的幾何特征—沿隧洞斷麵的分布特征

　　數字鑽孔攝像裂隙演化

　　輔助洞A

　　觀測鑽孔

　　JPTSA-3-S2-DB-01

　　2009-10-13

　　‡ 沿洞壁斷麵方向存在兩個涇

　　孔口

　　孔口

　　2010-01-03

　　渭分明的板裂化區域—密集

　　板裂區和稀疏板裂區，但裂

　　麵均近似平行於洞壁;

　　孔口

　　孔口

　　2010-01-04

　　‡ 密集板裂區的深度一般小於

　　2m，多為1m以內;

　　‡ 稀疏板裂區位於密集板裂區

　　以外此區域內裂隙間距數 以外此區域內裂隙間距數 分界線

　　2010-01-07

　　稀疏板裂區形態

　　以外，此區域內裂隙間距數 以外，此區域內裂隙間距數

　　十cm~ 數十m不等;有時不

　　明顯。

　　分界線

　　稀疏板裂區形態

　　二二 深埋隧洞圍岩破裂結構特征

　　¾ 圍岩板裂化的幾何特征 沿隧洞斷麵的分布特征

　　二. 二.深埋隧洞圍岩破裂結構特征

　　¾ 圍岩板裂化的幾何特征—沿隧洞斷麵的分布特征

　　密集板裂區內： 隧

　　‡ 板裂厚度數cm~ 十幾cm不等，形態各異，板裂麵多為張開;

　　‡ 受施工等因素影響，密集板裂區有時會由於表層剝落/垮塌而

　　局部或全部缺失

　　開

　　挖

　　洞

　　局部或全部缺失。 局部或全部缺失。 挖

　　麵

　　二二 深埋隧洞圍岩破裂結構特征

　　密集板裂麵產狀與開挖的關係

　　二. 二.深埋隧洞圍岩破裂結構特征

　　¾ 密集板裂麵產狀與開挖的關係

　　上 掌子麵位置

　　a

　　b

　　a —第一步開挖

　　b —第二步開挖

　　a

　　b

　　a —第一步開挖

　　b —第二步開挖

　　掌子麵方向

　　洞軸線

　　上一掌子麵位置 上一掌子麵位置

　　密集板裂區的輪廓

　　(細胞自動機模擬結果)

　　板裂麵與掘進方向的關係 板裂麵與掌子麵的關係示

　　意圖

　　‡ 一般性規律為：近似平行於開挖麵;

　　‡ 受掌子麵空間結構效應的影響，板裂麵在每個掌子麵附近傾向於洞軸線，並隨開挖 受掌子麵空間結構效應的影響，板裂麵在每個掌子麵附近傾向於洞軸線，並隨開挖

　　循環而呈周期性變化;出露於洞壁即為通常看到的圍岩板裂化現象; 循環而呈周期性變化;出露於洞壁即為通常看到的圍岩板裂化現象; 循環而呈周期性變化;出露於洞壁即為通常看到的圍岩板裂化現象; 循環而呈周期性變化;出露於洞壁即為通常看到的圍岩板裂化現象;

　　‡ 循環進尺不同，板裂麵的周期性結構形態有所不同。

　　二二 深埋隧洞圍岩破裂結構特征

　　密集板裂麵產狀與開挖的關係

　　二. 二.深埋隧洞圍岩破裂結構特征

　　¾ 密集板裂麵產狀與開挖的關係

　　第一次開挖方向

　　‡ 一旦形成第一組板裂麵，一般難以再形成其他不同產狀的板裂麵; 一旦形成第一組板裂麵，一般難以再形成其他不同產狀的板裂麵; ‡ 旦形成第 組板裂麵， 般難以再形成其他不同產狀的板裂麵; 旦形成第 組板裂麵， 般難以再形成其他不同產狀的板裂麵;

　　‡ 第一次開挖形成的板裂麵將主導圍岩後續破壞的基本形式、強度和範圍等特征。 第一次開挖形成的板裂麵將主導圍岩後續破壞的基本形式、強度和範圍等特征。

　　三三 深埋隧洞圍岩破裂結構形成岩爆的機理

　　¾ 深埋隧洞岩爆的 般過程

　　三. 三.深埋隧洞圍岩破裂結構形成岩爆的機理

　　¾ 深埋隧洞岩爆的一般過程 深埋隧洞岩爆的一般過程

　　結構麵

　　板裂麵

　　深埋隧洞發生過程示意圖

　　‡ 開挖→洞壁圍岩一定深度內產生不同幾何形態的板裂→板裂麵(+結構麵)切割圍岩

　　形成圍岩破裂結構( 形成圍岩破裂結構(成為潛在的岩爆結構 成為潛在的岩爆結構)→潛在的岩爆結構經過一定時間(長、

　　短)的發展演化發生突發性失穩破壞 形成岩爆( )的發展演化發生突發性失穩破壞 形成岩爆(時滯性 瞬時 時滯性 瞬時) 短)的發展演化發生突發性失穩破壞，形成岩爆( )的發展演化發生突發性失穩破壞，形成岩爆(時滯性、瞬時 時滯性、瞬時)。 )。

　　三三 深埋隧洞圍岩破裂結構形成岩爆的機理 三. 三.深埋隧洞圍岩破裂結構形成岩爆的機理

　　¾ 板裂麵切割圍岩構成的岩爆結構 ¾ 板裂麵切割圍岩構成的岩爆結構

　　密集板裂區深度

　　板裂結構

　　斷裂區

　　應變型

　　岩爆區

　　岩爆後最大塊體在北側邊

　　牆上留下的爆坑

　　‡ 密集板裂區一般是發生岩爆的主要區域和先導 密集板裂區一般是發生岩爆的主要區域和先導→→板裂彎曲折斷，階梯狀斷裂; 板裂彎曲折斷，階梯狀斷裂;

　　‡ 往往會進一步誘發應變型岩爆，形成爆坑;岩爆最大深度大於爆前密集板裂區的深度 往往會進一步誘發應變型岩爆，形成爆坑;岩爆最大深度大於爆前密集板裂區的深度(程度);

　　‡ 密集板裂區缺失時，一般表現為應變型岩爆特征; 密集板裂區缺失時，一般表現為應變型岩爆特征; ‡ 密集板裂區缺失時， 般表現為應變型岩爆特征; 密集板裂區缺失時， 般表現為應變型岩爆特征;

　　‡ 岩爆強度受板裂厚度及其完整性控製，破碎的板裂結構一般對應弱岩爆，或以垮塌的形式破壞; 岩爆強度受板裂厚度及其完整性控製，破碎的板裂結構一般對應弱岩爆，或以垮塌的形式破壞;

　　‡ 此類岩爆在錦屏II 深埋隧洞發生頻率最高，但岩爆強度並不最高，大多數為弱 深埋隧洞發生頻率最高，但岩爆強度並不最高，大多數為弱—中等岩爆;

　　三三 深埋隧洞圍岩破裂結構形成岩爆的機理

　　板裂麵結構麵組合切割圍岩構成的岩爆結構

　　三. 三.深埋隧洞圍岩破裂結構形成岩爆的機理

　　¾ 板裂麵+結構麵組合切割圍岩構成的岩爆結構

　　結構麵

　　結構麵

　　結構麵

　　結構麵

　　結構麵

　　結構麵

　　洞軸線

　　‡ 結構麵往往是岩爆的主導因素，其作用本質上是提供了一個“相對自由麵”; 結構麵往往是岩爆的主導因素，其作用本質上是提供了一個“相對自由麵”;

　　‡ 三種基本位置關係類型 岩爆的機理 風險以及可能的岩爆強度不同 三種基本位置關係類型 岩爆的機理 風險以及可能的岩爆強度不同

　　I ：強度高—很高 II ：強度高—很高 III：強度較低

　　‡ 三種基本位置關係類型，岩爆的機理、風險以及可能的岩爆強度不同; 三種基本位置關係類型，岩爆的機理、風險以及可能的岩爆強度不同;

　　‡ 結構麵對岩爆的影響及其程度取決於其與掌子麵/洞壁的相對位置關係(角度、距離)、結構麵的

　　性質、地應力等。

　　三三 深埋隧洞圍岩破裂結構形成岩爆的機理

　　板裂麵結構麵組合切割圍岩構成的岩爆結構

　　三. 三.深埋隧洞圍岩破裂結構形成岩爆的機理

　　¾ 板裂麵+結構麵組合切割圍岩構成的岩爆結構

　　錦屏II 施工排水

　　凹坑深

　　度約6m

　　該範圍內岩

　　體全部震垮

　　錦屏II 施工排水

　　洞2009.11.28岩爆

　　分析

　　NW向剛性

　　斷裂，傾

　　NE40～50

　　拉破壞痕跡

　　三三 深埋隧洞圍岩破裂結構形成岩爆的機理

　　板裂麵結構麵組合切割圍岩構成的岩爆結構

　　三. 三.深埋隧洞圍岩破裂結構形成岩爆的機理

　　¾ 板裂麵+結構麵組合切割圍岩構成的岩爆結構

　　凹坑深

　　度約6m

　　該範圍內岩

　　體全部震垮 NW向剛性

　　斷裂 傾

　　錦屏II 施工排

　　水洞2009.11.28

　　岩爆分析

　　斷裂，傾

　　NE40～50

　　拉破壞痕跡

　　四四 微震監測與深埋隧洞岩爆預測 四. 四.微震監測與深埋隧洞岩爆預測

　　¾ 微震監測分析技術—信號識別

　　1) 多指標小波- 神經網絡波形識別方法

　　挑戰：很多情況下波形特征不明

　　顯，破裂源定位精度不高

　　1) 多指標小波- 神經網絡波形識別方法

　　挑戰：很多情況下波形特征不明

　　顯，破裂源定位精度不高

　　挑戰：很多情況下波形特征不明

　　顯，破裂源定位精度不高

　　1) 多指標小波- 神經網絡波形識別方法

　　挑戰：很多情況下波形特征不明

　　顯，破裂源定位精度不高

　　1) 多指標小波- 神經網絡波形識別方法

　　挑戰：很多情況下波形特征不明

　　顯，破裂源定位精度不高

　　挑戰：很多情況下波形特征不明

　　顯，破裂源定位精度不高

　　小波變換提取波形

　　特征算法

　　‡ 連續小波變換

　　實測信號1

　　小波變換提取波形

　　特征算法

　　‡ 連續小波變換

　　實測信號1

　　小波變換提取波形

　　特征算法

　　‡ 連續小波變換

　　實測信號1

　　小波變換提取波形

　　特征算法

　　‡ 連續小波變換

　　實測信號1

　　0.1 0.2

　　‡ 離散小波變換

　　‡ 閾值波形去噪

　　‡ 離散小波重構

　　實測信號

　　0.1 0.2 0.1 0.2 0.1 0.2

　　‡ 離散小波變換

　　‡ 閾值波形去噪

　　‡ 離散小波重構

　　實測信號

　　0.1 0.2

　　‡ 離散小波變換

　　‡ 閾值波形去噪

　　‡ 離散小波重構

　　實測信號

　　0.1 0.2 0.1 0.2 0.1 0.2

　　‡ 離散小波變換

　　‡ 閾值波形去噪

　　‡ 離散小波重構

　　實測信號

　　多指標神經網絡波

　　形識別

　　前人方法：很難識別

　　主頻

　　最大振幅

　　多指標神經網絡波

　　形識別

　　前人方法：很難識別

　　主頻

　　最大振幅

　　主頻

　　最大振幅

　　多指標神經網絡波

　　形識別

　　前人方法：很難識別

　　主頻

　　最大振幅

　　多指標神經網絡波

　　形識別

　　前人方法：很難識別

　　主頻

　　最大振幅

　　主頻

　　最大振幅

　　岩石破裂波形

　　噪音信號

　　最大振幅

　　波形初至

　　持續時間

　　全局振鈴率

　　. . . . .

　　. . . . .

　　岩石破裂波形

　　噪音信號

　　最大振幅

　　波形初至

　　持續時間

　　全局振鈴率

　　. . . . .

　　. . . . .

　　岩石破裂波形

　　噪音信號

　　最大振幅

　　波形初至

　　持續時間

　　全局振鈴率

　　. . . . .

　　. . . . .

　　岩石破裂波形

　　噪音信號

　　最大振幅

　　波形初至

　　持續時間

　　全局振鈴率

　　. . . . .

　　. . . . .

　　岩石破裂波形

　　噪音信號

　　最大振幅

　　波形初至

　　持續時間

　　全局振鈴率

　　. . . . .

　　. . . . .

　　岩石破裂波形

　　噪音信號

　　最大振幅

　　波形初至

　　持續時間

　　全局振鈴率

　　. . . . .

　　. . . . .

　　岩體破裂信號(進行定位分析)

　　本方法濾噪結果：岩石破裂信號

　　岩體破裂信號(進行定位分析)

　　本方法濾噪結果：岩石破裂信號

　　岩體破裂信號(進行定位分析)

　　本方法濾噪結果：岩石破裂信號

　　岩體破裂信號(進行定位分析)

　　本方法濾噪結果：岩石破裂信號

　　四四 微震監測與深埋隧洞岩爆預測 四. 四.微震監測與深埋隧洞岩爆預測

　　¾ 微震監測分析技術—定位算法

　　前 2 ) 破裂源分層定位方法 前 2 ) 破裂源分層定位方法 前 2 ) 破裂源分層定位方法 前 2 ) 破裂源分層定位方法

　　人

　　方

　　法

　　破裂源集中區

　　人

　　方

　　法

　　破裂源集中區

　　) 破裂源分層定位方法

　　人

　　方

　　法

　　破裂源集中區

　　人

　　方

　　法

　　破裂源集中區

　　) 破裂源分層定位方法

　　人

　　方

　　法

　　破裂源集中區

　　人

　　方

　　法

　　破裂源集中區

　　) 破裂源分層定位方法

　　人

　　方

　　法

　　破裂源集中區

　　人

　　方

　　法

　　破裂源集中區

　　) 破裂源分層定位方法

　　新

　　方

　　掌子麵

　　新

　　方

　　掌子麵

　　新

　　方

　　掌子麵

　　新

　　方

　　掌子麵

　　新

　　方

　　掌子麵

　　新

　　方

　　掌子麵

　　新

　　方

　　掌子麵

　　新

　　方

　　掌子麵

　　n

　　k

　　L ⎛⎞ ∑

　　破裂源發震時間的求解算法

　　法 破裂源在傳感器的陣列之外

　　n

　　k

　　L ⎛⎞ ∑

　　破裂源發震時間的求解算法

　　法 破裂源在傳感器的陣列之外

　　n

　　k

　　L ⎛⎞ ∑

　　破裂源發震時間的求解算法

　　法 破裂源在傳感器的陣列之外

　　n

　　k

　　L ⎛⎞ ∑

　　破裂源發震時間的求解算法

　　法 破裂源在傳感器的陣列之外

　　n

　　k

　　L ⎛⎞ ∑

　　破裂源發震時間的求解算法

　　法 破裂源在傳感器的陣列之外

　　n

　　k

　　L ⎛⎞ ∑

　　破裂源發震時間的求解算法

　　法 破裂源在傳感器的陣列之外

　　n

　　k

　　L ⎛⎞ ∑

　　破裂源發震時間的求解算法

　　法 破裂源在傳感器的陣列之外

　　n

　　k

　　L ⎛⎞ ∑

　　破裂源發震時間的求解算法

　　法 破裂源在傳感器的陣列之外

　　1

　　k

　　k

　　k

　　L

　　w

　　V

　　t

　　n

　　=

　　⎛⎞−

　　⎜⎟⎝⎠ =

　　∑

　　破裂源位置和岩體波速聯合反演方法

　　解決了

　　z 波速與發震時間的關聯性問題

　　z 波速難於確定

　　解決了

　　z 波速與發震時間的關聯性問題

　　z 波速難於確定

　　1

　　k

　　k

　　k

　　L

　　w

　　V

　　t

　　n

　　=

　　⎛⎞−

　　⎜⎟⎝⎠ =

　　∑

　　破裂源位置和岩體波速聯合反演方法

　　解決了

　　z 波速與發震時間的關聯性問題

　　z 波速難於確定

　　解決了

　　z 波速與發震時間的關聯性問題

　　z 波速難於確定

　　1

　　k

　　k

　　k

　　L

　　w

　　V

　　t

　　n

　　=

　　⎛⎞−

　　⎜⎟⎝⎠ =

　　∑

　　破裂源位置和岩體波速聯合反演方法

　　解決了

　　z 波速與發震時間的關聯性問題

　　z 波速難於確定

　　解決了

　　z 波速與發震時間的關聯性問題

　　z 波速難於確定

　　1

　　k

　　k

　　k

　　L

　　w

　　V

　　t

　　n

　　=

　　⎛⎞−

　　⎜⎟⎝⎠ =

　　∑

　　破裂源位置和岩體波速聯合反演方法

　　解決了

　　z 波速與發震時間的關聯性問題

　　z 波速難於確定

　　解決了

　　z 波速與發震時間的關聯性問題

　　z 波速難於確定

　　1

　　k

　　k

　　k

　　L

　　w

　　V

　　t

　　n

　　=

　　⎛⎞−

　　⎜⎟⎝⎠ =

　　∑

　　破裂源位置和岩體波速聯合反演方法

　　解決了

　　z 波速與發震時間的關聯性問題

　　z 波速難於確定

　　解決了

　　z 波速與發震時間的關聯性問題

　　z 波速難於確定

　　1

　　k

　　k

　　k

　　L

　　w

　　V

　　t

　　n

　　=

　　⎛⎞−

　　⎜⎟⎝⎠ =

　　∑

　　破裂源位置和岩體波速聯合反演方法

　　解決了

　　z 波速與發震時間的關聯性問題

　　z 波速難於確定

　　解決了

　　z 波速與發震時間的關聯性問題

　　z 波速難於確定

　　1

　　k

　　k

　　k

　　L

　　w

　　V

　　t

　　n

　　=

　　⎛⎞−

　　⎜⎟⎝⎠ =

　　∑

　　破裂源位置和岩體波速聯合反演方法

　　解決了

　　z 波速與發震時間的關聯性問題

　　z 波速難於確定

　　解決了

　　z 波速與發震時間的關聯性問題

　　z 波速難於確定

　　1

　　k

　　k

　　k

　　L

　　w

　　V

　　t

　　n

　　=

　　⎛⎞−

　　⎜⎟⎝⎠ =

　　∑

　　破裂源位置和岩體波速聯合反演方法

　　解決了

　　z 波速與發震時間的關聯性問題

　　z 波速難於確定

　　解決了

　　z 波速與發震時間的關聯性問題

　　z 波速難於確定

　　2

　　1

　　n

　　k

　　k

　　k

　　L

　　QWV =

　　Δ ⎡⎤ =Δ− ⎢⎥⎣⎦ ∑

　　z 波速難於確定

　　z 傳感器陣列範圍之外震源定位不準問題

　　z 傳統方法對係數矩陣的依賴

　　波速難於確定

　　z 傳感器陣列範圍之外震源定位不準問題

　　z 傳統方法對係數矩陣的依賴

　　2

　　1

　　n

　　k

　　k

　　k

　　L

　　QWV =

　　Δ ⎡⎤ =Δ− ⎢⎥⎣⎦ ∑

　　z 波速難於確定

　　z 傳感器陣列範圍之外震源定位不準問題

　　z 傳統方法對係數矩陣的依賴

　　波速難於確定

　　z 傳感器陣列範圍之外震源定位不準問題

　　z 傳統方法對係數矩陣的依賴

　　2

　　1

　　n

　　k

　　k

　　k

　　L

　　QWV =

　　Δ ⎡⎤ =Δ− ⎢⎥⎣⎦ ∑

　　z 波速難於確定

　　z 傳感器陣列範圍之外震源定位不準問題

　　z 傳統方法對係數矩陣的依賴

　　波速難於確定

　　z 傳感器陣列範圍之外震源定位不準問題

　　z 傳統方法對係數矩陣的依賴

　　2

　　1

　　n

　　k

　　k

　　k

　　L

　　QWV =

　　Δ ⎡⎤ =Δ− ⎢⎥⎣⎦ ∑

　　z 波速難於確定

　　z 傳感器陣列範圍之外震源定位不準問題

　　z 傳統方法對係數矩陣的依賴

　　波速難於確定

　　z 傳感器陣列範圍之外震源定位不準問題

　　z 傳統方法對係數矩陣的依賴

　　2

　　1

　　n

　　k

　　k

　　k

　　L

　　QWV =

　　Δ ⎡⎤ =Δ− ⎢⎥⎣⎦ ∑

　　z 波速難於確定

　　z 傳感器陣列範圍之外震源定位不準問題

　　z 傳統方法對係數矩陣的依賴

　　波速難於確定

　　z 傳感器陣列範圍之外震源定位不準問題

　　z 傳統方法對係數矩陣的依賴

　　2

　　1

　　n

　　k

　　k

　　k

　　L

　　QWV =

　　Δ ⎡⎤ =Δ− ⎢⎥⎣⎦ ∑

　　z 波速難於確定

　　z 傳感器陣列範圍之外震源定位不準問題

　　z 傳統方法對係數矩陣的依賴

　　波速難於確定

　　z 傳感器陣列範圍之外震源定位不準問題

　　z 傳統方法對係數矩陣的依賴

　　2

　　1

　　n

　　k

　　k

　　k

　　L

　　QWV =

　　Δ ⎡⎤ =Δ− ⎢⎥⎣⎦ ∑

　　z 波速難於確定

　　z 傳感器陣列範圍之外震源定位不準問題

　　z 傳統方法對係數矩陣的依賴

　　波速難於確定

　　z 傳感器陣列範圍之外震源定位不準問題

　　z 傳統方法對係數矩陣的依賴

　　2

　　1

　　n

　　k

　　k

　　k

　　L

　　QWV =

　　Δ ⎡⎤ =Δ− ⎢⎥⎣⎦ ∑

　　z 波速難於確定

　　z 傳感器陣列範圍之外震源定位不準問題

　　z 傳統方法對係數矩陣的依賴

　　波速難於確定

　　z 傳感器陣列範圍之外震源定位不準問題

　　z 傳統方法對係數矩陣的依賴

　　四四 微震監測與深埋隧洞岩爆預測 四. 四.微震監測與深埋隧洞岩爆預測

　　¾ 前兆特征

　　應變型

　　高應力主導

　　從裂隙演化角

　　度揭示機理

　　從機製上

　　應變型

　　應變- 結構

　　高應力+ 結構

　　應變結構

　　麵滑移型

　　高應力+ 結構

　　麵共同作用

　　從時空顯

　　即時型

　　開挖卸荷效

　　應影響範圍

　　內發生

　　NWW

　　V 字型爆坑

　　現特征上

　　時滯型

　　開挖卸荷效

　　應結束後一

　　段時間發生

　　掌握前兆規律

　　NWW

　　結構麵

　　段時間發生

　　掌握前兆規律

　　信息 信息→→建立預 建立預

　　測預警方法

　　漲殼式中空注漿預應力

　　錨杆,T=80kN

　　11 )即時型岩爆孕育規律及機製 )即時型岩爆孕育規律及機製- 基於微震

　　規律一：微震事件持續增加，位置集中

　　1 )即時型岩爆孕育規律及機製 )即時型岩爆孕育規律及機製- 基於微震

　　引2

　　#

　　TBM開挖

　　岩爆區

　　N

　　引2

　　#

　　TBM開挖

　　岩爆區

　　掌子麵

　　N

　　引2

　　#

　　TBM開挖

　　岩爆區

　　掌子麵

　　N

　　引3

　　#

　　引4

　　#

　　微震事 掌子麵

　　引3

　　#

　　引4

　　#

　　微震事

　　引3

　　#

　　引4

　　#

　　微震事

　　8 日偶爾輕微岩爆，

　　進尺9.1m

　　9 日多次輕微岩爆，

　　進尺11.2m

　　10日持續輕微岩爆和強岩爆，

　　進尺15.3m

　　引2

　　#

　　#

　　TBM開挖

　　岩爆區

　　掌子麵

　　N

　　引2

　　#

　　引3

　　#

　　TBM開挖

　　岩爆區

　　掌子麵

　　N

　　引3

　　#

　　引4

　　#

　　微震事

　　引3

　　#

　　引4

　　#

　　微震事

　　11 日中等岩爆，

　　12日無岩爆

　　11 日中等岩爆，

　　進尺8.9m

　　12日無岩爆，

　　進尺4m

　　11 )即時型岩爆孕育規律及機製- 基於微震

　　規律二：能量釋放持續維持高位，有突然降低的趨勢;

　　視體積持續增加，且有突增趨勢。

　　岩爆孕育期 預警預報期 岩爆發生期 岩爆孕育期 預警預報期 岩爆發期

　　EI

　　V

　　A / m

　　-3

　　能量指數

　　視體積

　　t /d

　　11 )即時型岩爆孕育規律及機製- 基於微震

　　規律三：微震事件無明顯 微震事件無明顯““平靜期 平靜期””，一般發生在掌子麵開挖卸荷擾動範 ，一般發生在掌子麵開挖卸荷擾動範

　　圍內的岩爆

　　微震活躍期，岩爆發生期

　　即時應變型岩爆孕育機製： 即時應變型岩爆孕育機製：張拉

　　破壞為主

　　20- 35cm

　　2011 年6月8日0:30 左右在3#TBM引

　　( 3) K11+080~090 ( 3) K11+080~090 北側邊牆至拱肩發

　　2035cm

　　()

　　生輕微岩爆，最大爆坑深度

　　20~35cm

　　岩爆事件

　　即時應變 即時應變結構麵滑移型岩爆孕 即時應變-結構麵滑移型岩爆孕

　　育機製：

　　z 頻繁張拉破壞+偶爾剪切破壞 z 頻繁張拉破壞+偶爾剪切破壞

　　z 破壞麵走向與洞軸線夾角85% 小

　　於40度，傾角為大傾角，岩爆爆坑

　　以“V”形為主

　　岩爆事件

　　6月9日01:06:54

　　剪切事件

　　6月10日06:19:33剪

　　切事件

　　2011 2011 年6月11 日0:30 左右在3#TBM引 2011 年6月11 日0:30 左右在3#TBM引

　　(3)K11+045~054 南側邊牆至拱肩發生強烈岩

　　爆，最大爆坑深度 爆，最大爆坑深度1~1.2m ，

　　V形爆坑

　　剪切控製麵

　　V形爆坑

　　V形爆坑

　　爆出岩塊之一

　　張拉破壞麵

　　22 )時滯型岩爆孕育規律與機製- 基於微震

　　規律一：該區開挖時微震事件持續增加，空間位置集中，岩爆發生前微震

　　事件較少 存在平靜期 事件較少 存在平靜期

　　2 )時滯型岩爆孕育規律與機製- 基於微震

　　活躍期 平靜期25天 再度活躍

　　平靜期6天

　　事件較少，存在平靜期。 事件較少，存在平靜期。

　　1-2-E

　　微震事件個數

　　該區開挖時微震事件空間分布

　　岩爆

　　岩爆

　　時間/月日

　　該區開挖到岩爆發生微震事件演化規律 該區開挖時微震事件空間分布 該區開挖到岩爆發生微震事件演化規律

　　1月13日第一次時滯岩爆發生時微震事件空間分布 2月13日第二次時滯岩爆發生時微震事件空間分布

　　22 )時滯型岩爆孕育規律與機製- 基於微震

　　規律二：該區開挖時視體積持續增加，有突增趨勢;;能量指數持續高位 能量指數持續高位, ,

　　2 )時滯型岩爆孕育規律與機製- 基於微震

　　有下降趨勢;岩爆發生時視體積和能量指數變化不明顯。

　　岩爆

　　活躍 再活躍

　　平靜6天

　　平靜25天

　　能量指數

　　岩爆

　　視體積

　　視體積和能量指數演化規律

　　時滯型岩爆孕育機製： 時滯型岩爆孕育機製：拉伸、剪切及拉剪混合型破壞⇒ 沿破壞麵擴展的拉伸

　　噴層+ 隨機錨杆 噴層+ 隨機錨杆

　　第一次岩爆： 第一次岩爆：

　　第二次岩爆：

　　第二次時滯性岩爆

　　破壞⇒ 平靜⇒ 剪切破壞主導⇒ 岩爆發生

　　彈出塊體最遠約8m

　　第一次時滯岩爆

　　彈出塊體最遠約8m

　　第一次時滯岩爆

　　第 次岩爆： 第 次岩爆：

　　9 2011 年1月13日

　　9 滯後開挖6天

　　9 距離掌子麵15m

　　9 2011 年2月23日

　　9 滯後開挖62天

　　9 距離掌子麵100m

　　9 爆坑最大深度06

　　9 爆坑最大深度0.7m

　　9 多見拉伸和剪切麵

　　9 爆坑最大深度0.6m 0.6m

　　9 多見拉伸和剪切麵

　　岩爆

　　拉伸擴展

　　岩爆

　　張剪混合破

　　壞

　　拉伸擴

　　展

　　55天平靜 天平靜

　　期

　　25 25天平靜期 天平靜期

　　矩張量分析破壞類型演化機製

　　五 結語 五 結語

　　規律性的板裂化破裂是深埋隧洞硬脆性圍岩的普遍規律和現象 板裂麵( 板裂麵(

　　五、結語 五、結語

　　1. 規律性的板裂化破裂是深埋隧洞硬脆性圍岩的普遍規律和現象， 的普遍規律和現象，板裂麵( 板裂麵(+

　　結構麵)切割圍岩形成圍岩破裂結構，成為潛在的岩爆結構 切割圍岩形成圍岩破裂結構，成為潛在的岩爆結構;;

　　2. 在一定條件下，圍岩破裂結構特征將主導圍岩後續破壞的基本形式、範圍、

　　機製和強度 從圍岩的結構性特征出發來探究深埋隧洞岩爆的形成機理至關 機製和強度 從圍岩的結構性特征出發來探究深埋隧洞岩爆的形成機理至關 機製和強度，從圍岩的結構性特征出發來探究深埋隧洞岩爆的形成機理至關 機製和強度，從圍岩的結構性特征出發來探究深埋隧洞岩爆的形成機理至關

　　重要;

　　3. 采用微震監測手段進行深埋長線性工程岩爆風險評估和預測是一條有希望的

　　途徑 尚存在諸多技術難題(傳感器整列、前兆和閾值等); 途徑 尚存在諸多技術難題(傳感器整列、前兆和閾值等); 途徑，尚存在諸多技術難題(傳感器整列、前兆和閾值等); 途徑，尚存在諸多技術難題(傳感器整列、前兆和閾值等);

　　4. 深埋隧洞岩爆vs 煤礦衝擊地壓：關鍵影響因素、表現形式、異同。

　　謝謝 謝謝

　　貴意 歡迎多提寶貴意見!