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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

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