【摘 要】
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水电站地下洞室群开挖卸荷引起的围岩变形、片帮、掉块和岩爆等问题,给工程建设带来了巨大的安全隐患。微震监测技术能够捕捉到岩爆等灾害发生的前兆信息—微震活动,近年来被广泛应用于地下工程中的岩爆预警预报及围岩稳定性分析。本文以荒沟抽水蓄能电站地下洞室群为背景,针对开挖过程中局部围岩出现的掉块和轻微岩爆现象,采用微震监测和数值模拟相结合的手段,对地下洞室群施工期的微震活动特征及围岩稳定性问题进行研究。论文
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水电站地下洞室群开挖卸荷引起的围岩变形、片帮、掉块和岩爆等问题,给工程建设带来了巨大的安全隐患。微震监测技术能够捕捉到岩爆等灾害发生的前兆信息—微震活动,近年来被广泛应用于地下工程中的岩爆预警预报及围岩稳定性分析。本文以荒沟抽水蓄能电站地下洞室群为背景,针对开挖过程中局部围岩出现的掉块和轻微岩爆现象,采用微震监测和数值模拟相结合的手段,对地下洞室群施工期的微震活动特征及围岩稳定性问题进行研究。论文主要研究成果如下:(1)采用多元线性回归方法对工程区初始地应力场进行回归反演,确定了地下洞室群初始应力场分布特征,并基于临界埋深和强度应力比判定了岩爆倾向性。结果表明:工程区应力场分布受地质构造的影响较大,断层处应力分异现象明显;地下厂房洞室群最大主应力值达1520MPa,属中等应力水平,且在开挖过程中有发生轻微岩爆的可能。(2)根据长达近4个月的微震监测试验期获得的微震活动时空分布,圈定了开挖围岩应力场剧烈扰动区,并探讨了微震活动与施工的动态响应关系。同时,研究了能量指数、施密特数、累积视体积等震源参数的演化规律。微震监测结果表明:微震活动主要分布在厂房上游拱肩和边墙及尾水支洞与主机间交汇部,且主要沿着断层f34的走向呈条带状分布;微震活动与施工动态响应密切相关,且受地质构造影响,以即时型微震为主;能量指数、施密特数急剧下降以及累积视体积增加的震源参数演化规律,预示着岩体稳定性呈劣化趋势。(3)运用FLAC3D模拟地下洞室群分步开挖过程,分析了开挖扰动应力场、位移场及塑性区分布情况。并根据能量耗散原理,利用微震能量与考虑损伤的岩体各向同性可释放弹性应变能之间的关系建立岩体单元损伤模型,实现了考虑微震损伤效应的围岩稳定性分析。通过对比分析数值模拟与微震监测结果,揭示了微震活动发生的原因。分析结果表明:数值模拟得到的围岩应力集中区、塑性区及变形区与微震监测得到的岩体微破裂空间分布规律具有较好的一致性,开挖扰动下的局部围岩应力集中和地质构造共同导致了微震活动的发生;考虑微震损伤效应进行围岩稳定性分析时,由于充分考虑了微震监测得到的施工扰动、断层和裂隙带等地质构造异常活化信息,分析结果更符合工程实际情况。
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