水工高陡巖質(zhì)邊坡微震損傷效應(yīng)及其失穩(wěn)機(jī)理研究結(jié)題摘要

本項目以西南地區(qū)大型水電工程巖質(zhì)邊坡為研究背景，基于“巖質(zhì)邊坡細(xì)觀巖體微破裂聚積和演化漸進(jìn)發(fā)展是邊坡宏觀失穩(wěn)前兆”的學(xué)術(shù)思想，將巖質(zhì)邊坡微震活動監(jiān)測與應(yīng)力場數(shù)值分析相結(jié)合，通過應(yīng)力場的演化來解讀邊坡巖體漸進(jìn)破裂誘發(fā)失穩(wěn)過程中的微震活動性規(guī)律，建立了考慮微震效應(yīng)的三維彈性損傷演化本構(gòu)模型，以巖石介質(zhì)變形過程中的微破裂積累造成的力學(xué)性質(zhì)弱化來反映巖石宏觀變形非線性的本質(zhì)特征，探討工程擾動作用下水電高陡巖質(zhì)邊坡微破裂萌生、發(fā)育、演化、繁衍及相互作用對其宏觀結(jié)構(gòu)破壞過程中微震活動性的影響，包括邊坡巖體破裂過程中的微震時空分布規(guī)律及其失穩(wěn)的前兆模式，揭示了巖質(zhì)邊坡微震活動性、背景應(yīng)力場演化與工程擾動之間的聯(lián)系，提出一套適用于西南地區(qū)工程擾動作用下水工高陡巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評價機(jī)制與災(zāi)害預(yù)警設(shè)計方法。項目研究成果成功推廣應(yīng)用到金沙江白鶴灘水電站左岸邊坡穩(wěn)定性評價和大渡河猴子巖水電站地下洞室群圍巖穩(wěn)定性分析中，促進(jìn)了西南地區(qū)水利水電工程技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，取得了一定的社會效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益。 項目的研究成果最終形成的研究論文被SCI收錄5篇，EI收錄10篇；獲得中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會科技進(jìn)步一等獎1次，四川省科技進(jìn)步三等獎1次；參加國際、國內(nèi)學(xué)術(shù)會議12次，培養(yǎng)博士生2人，碩士生1人。超額完成項目的預(yù)期目標(biāo)。 2100433B

隨著我國西電東送、南水北調(diào)等大型能源工程的不斷開發(fā)建設(shè)，開挖擾動作用下的高陡巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性問題將日益突出。本課題以正在施工中的四川省大渡河大崗山水電站右岸邊坡為研究背景，該邊坡自然高度在600 m以上，開挖坡高達(dá)400 m之巨，通過對開挖擾動下巖質(zhì)邊坡的現(xiàn)場微震監(jiān)測、理論分析以及數(shù)值模擬試驗(yàn)等手段，深入研究高陡巖質(zhì)邊坡在開挖、固結(jié)灌漿、加固措施和大壩蓄水及庫水位驟升驟降等作用下其內(nèi)部巖石微破裂萌生、發(fā)育、擴(kuò)展、貫通與相互作用誘致邊坡宏觀的可能失穩(wěn)破壞模式與機(jī)理，以及特殊的處理措施；提出一套適用于西部水電站開挖擾動作用下高陡巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評價機(jī)制與災(zāi)害預(yù)警設(shè)計方法，對于西部大型水電樞紐工程的高邊坡安全運(yùn)營具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。

本項目通過對山區(qū)地表移動觀測資料及滑坡調(diào)查資料的分析，結(jié)合遙感影響像資料數(shù)據(jù)，研究山區(qū)高陡邊坡滑坡（或崩塌）的地形特征參數(shù)，即坡高、坡長、坡度、坡向、采區(qū)地表及覆巖性質(zhì)及結(jié)構(gòu)特征。根據(jù)礦區(qū)井上下對照圖分析采動程度、開采深度、開采厚度、工作面尺寸與坡體的相對位置，以及推進(jìn)方向等采礦地質(zhì)因素與山區(qū)高陡邊坡變形的關(guān)系，確定引起高陡邊坡失穩(wěn)的相應(yīng)地質(zhì)采礦參數(shù)的臨界值，即引起采動坡體滑坡或崩塌的條件，從而建立高陡邊坡滑坡（崩塌）與開采深度、開采厚度、采區(qū)工作面尺寸、工作面推進(jìn)方向、采動程度、覆巖性質(zhì)、山區(qū)地形地貌特征、地表巖（土）層結(jié)構(gòu)與特性的關(guān)系模型，即高陡邊坡失穩(wěn)的判別模型。本項目的研究對山區(qū)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境治理、地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)和礦井安全生產(chǎn)具有重要意義。

《工程巖體微震機(jī)制及其應(yīng)用》結(jié)合工程實(shí)際，全面分析和論述工程巖體微震機(jī)制、信號規(guī)律、頻譜特征、微震監(jiān)測實(shí)施與洞室圍巖穩(wěn)定性評價方法。全書共8章，分別介紹了微震機(jī)制的研究意義、現(xiàn)狀和趨勢，巖體損傷與震動規(guī)律、巖石聲發(fā)射釋放與信號分析、微震波場特征與震源反演、微震監(jiān)測工程實(shí)施與微震活動規(guī)律，以及地下工程微震監(jiān)測的安全評價技術(shù)研究。

《工程巖體微震機(jī)制及其應(yīng)用》可供水電、礦山、隧道、巖土、石油、地質(zhì)等相關(guān)工程領(lǐng)域的廣大科技人員、工程技術(shù)人員和大專院校師生參考。