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1 绪论1

1.1 研究意义1

1.2 锦屏二级水电站深埋引水隧洞和排水洞4

1.2.1 工程总体布置4

1.2.2 地质条件5

1.2.3 施工情况10

1.2.4 主要工程问题10

1.2.5 需要研究解决的问题11

1.3 岩爆研究主要进展12

1.3.1 微震实时监测与数据分析方法12

1.3.2 岩爆孕育过程的特征、规律与机制研究15

1.3.3 岩爆等级划分与判别方法19

1.3.4 岩爆风险估计方法研究22

1.3.5 岩爆防治方法研究32

1.4 主要研究内容和思路34

2 微震实时监测与数据快速分析方法37

2.1 引言37

2.2 微震监测基本理论与概念40

2.2.1 微震监测原理40

2.2.2 基本概念41

2.3 整体协同、全局最优的微震实时监测系统与方法42

2.3.1 微震监测方案设计基本原则42

2.3.2 微震传感器整体协同、全局最优的布置方法43

2.3.3 微震传感器整体协同全局最优布置的典型案例45

2.4 微震信息快速分析方法55

2.4.1 微震监测数据快速分析内容和流程55

2.4.2 微震有效信号小波-神经网络识别与提取方法55

2.5 微震源传感器阵列内外PSO定位算法91

2.6 锦屏二级水电站引水隧洞和排水洞微震实时监测与分析102

2.7 小结106

3 岩爆孕育过程的特征、规律与机制108

3.1 引言108

3.2 隧洞岩爆孕育过程微震信息演化特征与规律研究109

3.2.1 隧洞岩爆孕育过程微震信息时空演化规律109

3.2.2 钻爆法施工深埋隧洞微震事件及岩爆分布特征141

3.2.3 TBM施工隧洞微震监测洞段微震事件及岩爆分布特征148

3.2.4 不同施工条件下深埋隧洞微震监测洞段微震信息及岩爆分布对比分析151

3.2.5 隧洞支护对微震活动及岩爆的影响152

3.2.6 工程地质因素对岩爆的影响及其防控措施启示157

3.2.7 岩爆孕育过程中微震时间序列特征168

3.3 岩爆孕育机制的矩张量分析方法175

3.3.1 岩爆孕育机制矩张量分析总体思路175

3.3.2 基于微震监测数据岩石破裂矩张量分析方法177

3.3.3 典型岩爆孕育过程中岩体破裂事件产生机制分析196

3.4 岩爆孕育过程中岩石破裂类型判别的P波发育度方法216

3.4.1 基于能量比及矩张量方法的岩石破裂类型判别对比分析216

3.4.2 基于P波发育度方法的岩石破裂类型判别225

3.4.3 深埋隧洞岩石破裂类型综合判别方法231

3.5 岩爆孕育过程中岩体变形破裂演化过程的原位综合观测236

3.5.1 岩爆孕育机制的原位综合观测方法236

3.5.2 试验洞工程地质条件和位置237

3.5.3 试验洞布置与施工开挖237

3.5.4 岩爆孕育过程中岩体变形破裂过程的原位试验方案239

3.5.5 现场岩爆发生情况244

3.5.6 测试结果分析244

3.5.7 岩爆孕育过程的变形破裂机制分析250

3.6 即时型岩爆孕育过程的特征、规律与机制251

3.6.1 即时型岩爆描述及其特征251

3.6.2 即时型岩爆孕育过程中微震信息演化规律255

3.6.3 即时型岩爆孕育过程中微震信息演化的时间分形特征260

3.6.4 钻爆法开挖诱发即时型岩爆的空间分形特征270

3.6.5 TBM开挖诱发即时型岩爆的能量分形特征279

3.6.6 即时型岩爆孕育过程的机制285

3.7 时滞型岩爆孕育过程的特征、规律与机制291

3.7.1 时滞型岩爆描述及其特征291

3.7.2 时滞型岩爆孕育过程中微震信息演化规律294

3.7.3 深埋隧洞时滞型岩爆孕育过程的机制297

3.8 小结与讨论300

4 岩爆孕育过程风险估计与预警方法305

4.1 引言305

4.2 岩爆等级划分方法308

4.2.1 基于宏观特征的岩爆等级定量划分方法311

4.2.2 基于现场实时监测的微震能量的岩爆等级划分方法324

4.3 基于RVI指标的岩爆爆坑深度经验评估方法332

4.3.1 岩爆倾向性指标RVI研究方法333

4.3.2 岩爆实例数据库构建及基本组成335

4.3.3 岩爆控制因子及其控制机理和量化方法337

4.3.4 岩爆爆坑深度评估经验关系式347

4.3.5 工程应用及工程案例分析348

4.4 基于工程实例神经网络类比的岩爆爆坑深度和等级估计方法356

4.4.1 进化神经网络基本原理356

4.4.2 基于进化-神经网络算法的岩爆风险估计方法362

4.4.3 实例分析与工程应用376

4.5 基于数值模拟的岩爆风险评估方法380

4.5.1 深埋硬岩隧洞施工过程数值模拟方法381

4.5.2 局部能量释放率、能量释放率和超剪应力的基本理论382

4.5.3 基于数值模拟的岩爆风险评估方法的建立387

4.6 基于微震信息演化规律的深埋隧洞岩爆预警方法394

4.6.1 预警方法的建立394

4.6.2 工程应用413

4.6.3 预警结果的讨论421

4.7 基于微震信息演化的岩爆等级与爆坑深度神经网络预警方法427

4.7.1 概述427

4.7.2 神经网络样本的构建427

4.7.3 隐含层节点数及初始权值的优化431

4.7.4 神经网络模型的优化训练432

4.7.5 神经网络模型学习效果的检验433

4.7.6 实例分析与工程应用434

4.8 锦屏二级水电站引水隧洞和排水洞微震监测洞段岩爆风险综合估计与预警437

4.8.1 锦屏二级水电站T2b白山组洞段引水隧洞钻爆法施工前岩爆风险估计437

4.8.2 锦屏二级水电站引水隧洞和排水洞微震监测洞段施工过程中岩爆的动态综合风险估计与预警439

4.8.3 锦屏二级水电站微震监测洞段引水隧洞落底开挖岩爆风险评估441

4.9 小结446

5 岩爆孕育过程的动态调控方法449

5.1 引言449

5.2 岩爆孕育过程动态调控基本思想449

5.2.1 岩爆孕育过程动态调控的基本思想449

5.2.2 岩爆孕育过程的开挖和支护方案智能全局优化454

5.3 减小能量集中的方法460

5.3.1 断面形状与尺寸优化460

5.3.2 掘进速率优化462

5.3.3 相向掘进隧洞贯通前掘进方式优化466

5.4 能量预释放、转移法467

5.4.1 应力释放孔优化468

5.4.2 导洞位置、尺寸和形状优化470

5.5 能量吸收法——岩爆支护设计方法486

5.5.1 岩爆防治支护设计要求和支护选型487

5.5.2 岩爆倾向洞段的支护参数优化设计490

5.5.3 钻爆法施工岩爆洞段支护时机优化491

5.5.4 TBM施工岩爆洞段的支护措施494

5.6 岩爆孕育过程的动态调控方法495

5.6.1 施工过程动态调整的必要性495

5.6.2 施工过程动态调整方法495

5.7 锦屏二级水电站引水隧洞岩爆孕育过程的动态调控497

5.7.1 岩爆动态防控总体情况497

5.7.2 深埋隧洞强烈至极强岩爆洞段钻爆法上导洞和TBM主洞联合掘进方法应用500

5.7.3 深埋隧洞岩爆动态调控典型案例512

5.7.4 两工作面相向掘进时贯通前岩爆孕育过程预警与动态调控516

5.8 小结与讨论522

6 岩爆孕育过程实时监测、动态预警与调控设计指南523

1 总则523

2 专业术语523

2.1 岩爆相关专业术语524

2.2 微震监测相关专业术语524

2.3 岩爆风险估计相关专业术语526

2.4 岩爆风险规避措施相关专业术语528

3 岩爆孕育过程的微震实时监测与数据快速分析528

3.1 微震监测设备及通信方案的选择529

3.2 微震监测方案的设计530

3.3 岩石破裂有效信号的识别与提取535

3.4 岩石破裂源定位538

3.5 岩爆孕育过程中微震信息及掘进速率演化规律540

3.6 基于微震信息的岩石破裂类型识别545

4 岩爆风险的动态评估与预警546

4.1 岩爆风险评估的目的及任务546

4.2 岩爆风险评估方法分类及选用原则548

4.3 工程选址、选线阶段岩爆风险评估549

4.4 可行性研究和初设阶段岩爆风险评估550

4.5 设计施工阶段岩爆风险的动态评估与预警553

5 岩爆风险规避措施优化设计563

5.1 高岩爆风险条件下地下工程选线原则563

5.2 工程间距的优化563

5.3 地下工程开挖前的岩爆风险规避措施优化设计564

5.4 地下工程开挖过程中岩爆孕育过程的动态调控优化设计568

6 岩爆实例数据库572

参考文献576