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冯夏庭院士:岩爆孕育过程研究

2019-11-22   来源:岩石力学与工程学报

  岩爆是在开挖或其他外界扰动下,地下工程岩体中聚积的弹性变形势能突然释放,导致围岩爆裂、弹射的动力现象。岩爆具有很强的突发性、随机性和危害性。随着国民经济的高速发展,地下资源开发、地下基础建设正以前所未有的速度向深部发展。随着埋深的增加和地应力水平的增高,岩体所赋存的地质环境更为复杂,开挖(开采)诱发的岩爆灾害更加突出、严重,给深部地下工程设计、施工与生产等带来前所未有的挑战。


  岩爆研究已经从状态研究到孕育全过程的机制、监测预警与动态调控研究,岩爆监测预警从定性发展到定量、智能化,岩爆控制从关注支护设计发展到开挖优化、应力释放优化与吸能支护优化。


  东北大学冯夏庭研究员团队联合中科院武汉岩土力学研究所与广西大学的科研人员,以岩爆孕育过程为主线,阐述岩爆的主要类型、4 个等级、TBM 和钻爆法诱发的岩爆特征、不同岩性发生的岩爆的特征。


  研究人员运用室内岩样试验、室内物理模型试验、现场综合观测、现场监测等手段揭示岩爆孕育过程及其机制。


  在岩爆孕育过程预警方面,科研人员介绍了即时型岩爆预警方法、时滞型岩爆孕育过程的预警方法、间歇型岩爆孕育过程的预警方法。同时指出,岩爆孕育过程的预警应与设计和施工过程紧密结合,当地质条件变化、设计变更和施工活动变化时,应根据基于微震信息的岩爆预警法对岩爆孕育过程进行动态预警。


  在岩爆孕育过程的风险动态防控中,从工程布置和开挖参数设计、应力释放孔设计、支护系统设计优化方面做了介绍。


  岩爆的孕育和发生是一个复杂的过程。已建立了一个大型岩爆案例数据库,包括微震波形数据库、岩爆案例数据库、微震事件时间序列数据库等信息。运用大数据、深度学习等人工智能手段,对岩爆数据库进行深度学习,建立包含微震波形的快速识别、微震波形到时准确拾取、自动定位、岩爆区域和等级自动预警等功能的全智能系统,是亟待努力的方向。


  岩爆防控已从被动变为主动,强烈岩爆和极强岩爆的防控已经从经验方法上升到开挖优化—应力释放优化—吸能支护优化的“三步走”科学方法,今后的努力方向是研究更加有效的应力释放技术、配套的吸能支护系统以及更多的工程实践。


  位于青藏高原上的川藏铁路林芝—雅安段,将建设800 km 以上的深埋隧道,由于需要穿越地质缝合带、活动断裂带等特殊地质条件,地应力极高且变化大,岩爆风险会更突出且会表现与以往工程不同的特征。加强针对该地区的岩爆机制和防控研究是今后几年的重点。


  这项研究得到了国家自然科学基金的资金支持,研究以《岩爆孕育过程研究》为题发表于《岩石力学与工程学报》。


  责任编辑:宫在芹

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