岩体破裂尺度与频率特征关系及其工程实证研究

将S变换时频分析技术引入微震信号波形分析领域,通过震源破裂尺度,研究微震信号频率特征与岩体变形破坏之间的联系。以西南地区3个水电工程作为研究对象,将大量微震监测数据作为统计样本以减小外部因素对参数计算的影响。在该基础上统计、分析岩体破裂尺度与微震信号频率之间的关系,结合大渡河猴子岩水电站地下厂房微震与多点位移计监测资料进行工程实证研究。研究结果表明,当岩体破裂尺度增大时微震信号高频成分减少,表现出低频特征;在围岩变形过程中微震信号高频成分呈现出先减少再增加的演化规律,围岩发生明显变形前微震信号出现由高频向低频转移的现象,因此,可将聚集区域内微震信号频率降低作为该区域岩体宏观变形破坏的前兆信息。研究结果可为基于微震监测的岩体工程稳定性分析及其灾害预测预报提供参考。     

基于底摩擦试验的锦屏一级水电站左岸岩石高边坡变形机制研究

岩石高边坡通常具有复杂的地质结构和变形破坏机理,其变形与失稳破坏是一个复杂的地质力学过程.本文以相似原理为基础.采用底摩擦试验的方法深入研究了锦屏一级水电站左岸坝肩边坡的变形破坏模式,探索边坡变形与工程开挖的内在联系.试验结果为该水电工程左岸坝肩边坡稳定性分析提供重要理论依据,对工程施工具有一定的指导意义.     

西南某水电站坝肩抗力体长期稳定性分析

水电工程对坝肩抗力体长期稳定性要求极高,因此,对于复杂岩土体坝肩抗力体在水推力作用下的稳定性评价显得尤为重要。西南某水电工程坝肩岩体普遍发育有蚀变岩,因此需对其抗力体长期稳定性进行评价。根据考虑蚀变岩体流变特性的黏-弹-塑性本构模型,对水库蓄水运行期抗力体边坡应力、形变场等特征进行了三维数值模拟研究。研究表明,坝肩抗力体在蓄水6个月后三次应力场基本形成,即此时抗力体处于最危险状态,可能会出现蚀变岩带与断层交叉部位的局部破坏; 通过对蓄水5a后模拟得到的变形值及塑性区变化情况分析,得出坝肩抗力体整体上是长期稳定的。     

积石峡水电站右岸坝肩岩体渗流分析研究

积石峡水电站位于青海省循化县境内的黄河干流上,蓄水后右岸坝肩下游地下水位抬升,陡壁岩体层面局部出现渗水的现象。针对电站右岸坝肩岩体渗流现状,对坝肩渗流场及边坡的稳定性进行研究。研究结论认为,积石峡水电站右岸坝肩存在局部绕渗现象,但岸坡渗流稳定;右岸边坡渗水来源包括上游库水位绕渗和山体内裂隙水两部分;右岸边坡稳定安全系数满足规范要求,处于稳定状态。     

基于STA/LTA岩石破裂微震信号实时识别算法及工程应用

微震监测获取的数据中通常混有大量的非岩石破裂信号,该类信号目前主要通过人工经验进行识别与滤除,这消耗了大量的宝贵时间,严重影响灾害的防治和救援效率。对大量微震信号进行分析,发现STA/LTA算法在信号实时触发后能大致表征波形振幅和频率的变化,岩石破裂信号和非岩石破裂信号在延迟位置处R值具有差异性。基于此,提出了岩石破裂微震信号实时识别算法。新算法应用到白鹤滩水电站地下厂房、红透山和阿舍勒铜矿深部采场3个工程,岩石破裂事件识别的准确率分别是85.98%、92.45%和91.06%,非岩石破裂事件滤除的准确率分别是72.06%、83.11%和49.87%。该算法使基于岩石破裂微震信息的岩石工程灾害自动分析与预警成为可能,具有重要意义。     

修正S变换与常规时频分析方法的对比

地震信号往往是非线性、非平稳信号,基于平稳信号理论的常规傅里叶变换方法不能刻画任一时刻的频率成分,而时频分析技术能同时展示信号在时间域和频率域的局部化特征。修正S变换作为一种较新的时频分析方法,是针对S变换窗函数相对固定、时频分辨率不能调节的问题提出的。通过对修正S变换与常规时频分析方法如短时傅里叶变换(STFT)、小波变换(WT)和S变换的对比,分析了修正S变换在时频分析方法中的作用。根据合成信号以及实测地震记录的时频分析可知:修正S变换较常规的时频分析方法具有更好的时频分辨率和能量聚集性,更有利于对非平稳信号的处理。     

引汉济渭工程边坡岩体变形特性研究

三河口水利枢纽是引汉济渭工程两大水源工程之一,边坡岩体变形特性是主要的岩石力学问题,为此用刚性承压板法和钻孔变形试验,针对坝肩边坡不同岩性、不同风化程度岩体开展了大量原位试验。综合分析92个点刚性承压板变形试验成果,获得了不同岩体变形参数范围,重点讨论了不同变形曲线类型、各因素对试验成果的影响。介绍了钻孔变形试验方法及原理,分析了坝肩边坡岩体钻孔变形试验成果,最后对两种方法的变形试验进行对比,并综合评价了边坡岩体的变形特性。结果表明,该工程坝肩边坡岩体具有较高的变形参数,变形曲线大部分为直线型,岩体变形特性与岩体类别密切相关,两种试验方法所得岩体变形参数总体趋势一致。     

综合集成高精度智能微震监测技术及其在深部岩石工程中的应用

通过微震技术获取更多的岩石工程灾害演化过程微震信息,自动识别岩石破裂微震信息,自动精准定位岩石破裂的位置,为灾害分析、预警与防控提供理论与技术支撑,一直是科学家和工程师研究的热点与难点。针对这些难点,研发了传感-采集-传输一体化集成技术、32位A/D与元器件联合降噪采集技术、微震信号递归STA/LTA-BP神经网络综合识别方法以及基于PTP高精度时间同步策略的速度模型数据库速配微震源定位算法,并对这些技术进行了综合集成,提出了综合集成高精度智能微震监测技术。目前该技术已在国内外多个深部岩石工程进行了应用。应用结果表明,该技术既可应用于岩爆、冲击地压等动力型灾害监测,又可应用于岩石工程开挖(开采)围岩稳定性监测,还可推广应用于矿产资源防盗采监测,一定程度上提升了岩石工程灾害演化过程微震信号的捕获能力、岩石破裂微震信号的识别能力和微破裂源的定位精度,推动微震监测技术朝着岩石工程灾害自动监测、分析与智能预警方向快速发展。     

自适应核时频分析方法的改进及应用

提高地震信号的时频分辨率是时频分析研究的重点,传统的线性时频分析方法(短时傅里叶变换、小波变换、S变换)时频分辨率不高,而双线性时频分析方法(如魏格纳分布)时频分辨率高,但存在严重的交叉项干扰。自适应核时频分析方法,属于双线性时频分布,计算过程中采用随时间变化的最优核函数,在保证高分辨率的前提下,压制信号模糊域的交叉项干扰,提高了时频谱的可读性。对比了四种时频分析方法对于线性调频信号的分析效果,并将聚焦性更好的自适应核方法应用于实际资料,并利用改进的自适应核时频分析方法在瞬时属性提取和谱分解识别断层的应用中进行了初步试验,计算效率明显提高且取得良好的效果。     

综合集成高精度智能微震监测技术及其在深部岩石工程中的应用

通过微震技术获取更多的岩石工程灾害演化过程微震信息,自动识别岩石破裂微震信息,自动精准定位岩石破裂的位置,为灾害分析、预警与防控提供理论与技术支撑,一直是科学家和工程师研究的热点与难点。针对这些难点,研发了1）传感-采集-传输一体化集成技术;2）32位A/D与元器件联合降噪采集技术;3）微震信号递归STA/LTA-BP神经网络综合识别方法;4）基于PTP高精度时间同步策略的速度模型数据库速配微震源定位算法,并对这些技术进行了综合集成,提出了综合集成高精度智能微震监测技术。目前该技术已在国内外多个深部岩石工程进行了应用,应用结果表明该技术既可应用于岩爆、冲击地压等动力型灾害监测,又可应用于岩石工程开挖（开采）围岩稳定性监测,还可推广应用于矿产资源防盗采监测,一定程度上提升了岩石工程灾害演化过程微震信号的捕获能力、岩石破裂微震信号的识别能力和微破裂源的定位精度,正推动微震监测技术朝着岩石工程灾害自动监测、分析与智能预警方向快速发展。     

The Dynamic Evaluation of Rock Slope Stability Considering the Effects of Microseismic Damage

A state-of-the-art microseismic monitoring system has been implemented at the left bank slope of the Jinping first stage hydropower station since June 2009. The main objectives are to ensure slope safety under continuous excavation at the left slope, and, very recently, the safety of the concrete arch dam. The safety of the excavated slope is investigated through the development of fast and accurate real-time event location techniques aimed at assessing the evolution and migration of the seismic activity, as well as through the development of prediction capabilities for rock slope instability. Myriads of seismic events at the slope have been recorded by the microseismic monitoring system. Regions of damaged rock mass have been identified and delineated on the basis of the tempo-spatial distribution analysis of microseismic activity during the periods of excavation and consolidation grouting. However, how to effectively utilize the abundant microseismic data in order to quantify the stability of the slope remains a challenge. In this paper, a rock mass damage evolutional model based on microseismic data is proposed, combined with a 3D finite element method (FEM) model for feedback analysis of the left bank slope stability. The model elements with microseismic damage are interrogated and the deteriorated mechanical parameters determined accordingly. The relationship between microseismic activities induced by rock mass damage during slope instability, strength degradation, and dynamic instability of the slope are explored, and the slope stability is quantitatively evaluated. The results indicate that a constitutive relation considering microseismic damage is concordant with the simulation results and the influence of rock mass damage can be allowed for its feedback analysis of 3D slope stability. In addition, the safety coefficient of the rock slope considering microseismic damage is reduced by a value of 0.11, in comparison to the virgin rock slope model. Our results demonstrate that microseismic activity induced by construction disturbance only slightly affects the stability of the slope. The proposed feedback analysis technique provides a novel method for dynamically assessing rock slope stability and can be used to assess the slope stability of other similar rock slopes.     

龙滩水电站左岸蠕变体B区边坡位移监测分析

结合地下水位监测与降雨量监测结果,对龙滩水电站左岸蠕变体B区边坡位移监测资料进行综合分析,认为边坡蠕变岩体位移主要发生在高程520m以上,且强风化线或蠕变岩体折断面控制着边坡岩体的变形,由于边坡排水、坡体压脚,岩体变形速率逐渐变小,目前已经基本稳定。应加强边坡强风化线或蠕变岩体折断面附近的位移监测,特别是蓄水期监测;同时要保证地表和地下排水系统的正常运行。     

雅砻江锦屏一级水电站坝址区实测地应力与重大工程地质问题分析

本文对雅砻江锦屏一级水电站坝址区Ⅱ1-Ⅱ1及其前后剖面实测地应力进行了系统整理分析。分析结果表明:在相同的水平和垂直埋深条件下左岸坡角应力大小较右岸坡角小,这主要是由边坡岩体结构确定的;左岸导流洞开挖过程中在应力大小较右岸低的情况下出现坍塌工程地质问题也与左岸边坡岩体结构有关,而非岩爆等诱发。另外对左岸岩体深部裂缝在已有研究成果的基础上从应力集中、能量积累角度初步提出了新的边坡变形破坏方式,并从岩体结构和地应力大小方面对锦屏一级水电站工程建设过程中左、右岸应注意的工程地质问题提出了初步建议。     

基于RFPA3D和微震监测的白鹤滩水电站左岸边坡稳定性分析

白鹤滩水电站左岸边坡受缓倾角软弱面及NW向断层影响,施工、运行期的边坡稳定性问题尤为重要。为研究左岸边坡在开挖卸荷过程中应力场、位移场分布规律,揭示岩体内部破坏失稳机制,利用RFPA3D（realistic failure process analysis）软件以拱轴线剖面为例建立准三维数值模型,再现坝基边坡岩体裂隙萌生、发育、扩展直至贯通的渐进损伤破坏过程。结合左岸边坡开挖卸荷及应力调整过程中的微震活动演化特征,圈定工程边坡潜在危险区域,探讨可能的失稳破坏模式。分析表明：基于离心加载法计算得到工程边坡开挖后安全系数为1.33;边坡表层区域受缓倾角错动带控制,变形破坏最为明显,以小范围楔形体滑移为主。该研究结果可为白鹤滩水电站坝基边坡后期施工提供依据,对于类似岩质边坡工程施工具有一定的指导作用。     

顺向岩质高边坡分级开挖的变形破坏特征研究

以岩质高边坡的野外调查成果为基础,分析了边坡的岩体结构特征和控制边坡稳定性的主要地质要素,依据自然边坡的变形破坏现状定性分析,预测边坡开挖过程中可能出现的宏观变形破坏模式和特征.利用基于有限差分原理的FLAC3D建立坝肩边坡的地质模型,对工程边坡开挖支护过程进行数值法定量研究,得出了工程边坡开挖过程中的应力、位移变化规律和边坡岩体破坏特征.研究成果为苗家坝水电站左坝肩的分级开挖施工提供了依据.     

三峡库区顺层灰岩岸坡劣化−溃屈灾变机制研究

三峡库区巫峡段发现多处顺层岸坡滑移−弯曲变形迹象,库水循环涨落加剧了岸坡前缘劣化损伤与失稳破坏。以巫峡段青石 6号坡为例构建室内概化模型,开展顺层灰岩岸坡在消落带岩体劣化下的灾变机制研究。研究结果表明：蓄水前岸坡整体长期处于稳定状态。随着劣化进行,蓄水后岸坡变形加剧直至溃屈破坏,岩体劣化缩短了劣化−溃屈失稳进程。运动学分析显示,溃屈破坏时同一岩层达到速度峰值近似。岩层“弯折点”后部运动特征较为一致,前部较为离散。溃屈破坏点是岸坡能量释放的转折点和顶点;随劣化演变位移、应力逐渐递增,呈现提前破坏征兆,溃屈破坏前后应力产生“集中−释放”。整体来看,应力变化提前于位移,表明应力监测更有效。应力监测的核心在于关键区段的确定,对于劣化−溃屈型岸坡来讲,前缘“挠曲段”处应力陡增可作为岸坡临界失稳的重要表征;“劣化−溃屈”演化进程中后缘推挤始终存在,它是岸坡灾变的前提。但岸坡失稳的主导因素却是消落带岩体持续不断的劣化。青石 6 号坡当前处于向强烈弯曲隆起演化进程中,由于消落带岩体持续劣化,可能由稳定/基本稳定逐渐演变为欠稳定状态。     

锦屏一级水电站左岸坝肩边坡施工期稳定分析

锦屏一级水电站左岸坝肩高陡边坡地质条件复杂、主要发育有f5、f8、f42-9断层,煌斑岩脉X,顺坡卸荷裂隙及深部裂缝等结构面,其中断层f42-9、煌斑岩脉X和深部裂缝SL44-1组合形成的左岸坝头拉裂变形体,在边坡施工期的稳定性问题突出,特别是当边坡开挖至1 780 m高程时拉裂变形体前沿剪出口阻滑岩体被完全挖除,f42-9断层在开挖坡面出露,拉裂变形体稳定条件恶化,稳定性急剧下降。采用考虑开挖过程的有限元强度折减法分析开挖边坡在施工期的稳定性,并提出了一种新的边坡失稳判据：通过滑体内关键部位测点水平位移随折减系数的变化率,即水平位移增量与强度折减系数增量之比值 和强度折减系数 关系曲线的突变点来确定边坡的临界失稳状态。通过与其他边坡失稳判据相比较,验证了该判据的合理性和实用性,同时基于该判据计算了边坡开挖加固至不同高程下的稳定安全系数,合理评价左坝肩边坡施工期的整体稳定与安全性。     

白鹤滩水电站左岸坝肩开挖边坡稳定性分析

白鹤滩水电站左岸坝基边坡地质构造错综复杂,坡内多条陡倾断层和顺坡向错动带是控制边坡稳定性的主要因素。结合现场地质资料、监测数据及勘察认识,利用通用离散元软件UDEC建立左岸边坡开挖变形分析模型。首先在无支护开挖工况下研究主要结构面F17、LS331、LS3319上下盘岩体关键点应力及位移变化,并指出潜在失稳破坏区;同时采用预应力锚索单元在不同施工时序下对潜在不稳定块体进行加固计算,对比研究了不同方案下左岸边坡的变形破坏机制和整体稳定性。计算结果和现场监测表明：左岸边坡变形破坏与结构面密切相关,在开挖卸荷作用下主要表现为沿错动带的压剪破坏和陡倾断层的张拉破坏,采用预应力锚索加固处理能够有效提高边坡稳定性,并且在开挖后及时跟进支护可以有效抑制边坡剪切变形。研究结果对白鹤滩左岸坝基边坡后续工程加固和施工工序具有一定的参考价值。     

基于地面三维激光扫描的三峡库区危岩体监测

三峡水库周期性蓄水改变了岸坡内的地下水渗流场和应力场,降低岩土体的剪切强度,对库岸边坡、岩体稳定性影响很大。以往库区岸坡岩体形变监测主要通过设置固定点进行观测,难以发现岩体整体变化情况。地面三维激光扫描方法能获取岩体整体表面厘米精度的点云数据,具有无需接触目标、获取速度快、精度高等特点,非常适合库区高陡危岩体表面三维形变监测。以巫山箭穿洞危岩体为例,采用地面三维激光扫描方法对箭穿洞危岩体进行了为期2年（2017—2018年）共3期监测,以第一期观测目标周围稳定岩体数据为基准,对数据进行重叠点云迭代配准,点云配准精度优于±2.7 cm。针对箭穿洞危岩体在观测时段内的变化情况,构建危岩体区域的基准不规则三角网模型,以点到基准面最近距离法结合危岩体变化区间分析其变形。通过对比分析箭穿洞危岩体3期观测数据,发现相对于2017年,2018年箭穿洞危岩体左侧岩体有变形趋势;在库区蓄水阶段,危岩体局部多处存在明显凹陷变化,局部因蓄水影响发生约?0.03～?0.07 m变形。结果证明三维激光扫描技术在库岸高陡边坡形变监测中的有效性,为三峡库区高陡危岩体形变监测及地质灾害防治工作提供了参考。