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馮夏庭院士:巖爆孕育過程研究
2019-11-28 14:22:12   來源: 巖石力學(xué)與工程學(xué)報

      巖爆是在開挖或其他外界擾動下,地下工程巖體中聚積的彈性變形勢能突然釋放,導(dǎo)致圍巖爆裂、彈射的動力現(xiàn)象。巖爆具有很強(qiáng)的突發(fā)性、隨機(jī)性和危害性。隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,地下資源開發(fā)、地下基礎(chǔ)建設(shè)正以前所未有的速度向深部發(fā)展。隨著埋深的增加和地應(yīng)力水平的增高,巖體所賦存的地質(zhì)環(huán)境更為復(fù)雜,開挖(開采)誘發(fā)的巖爆災(zāi)害更加突出、嚴(yán)重,給深部地下工程設(shè)計、施工與生產(chǎn)等帶來前所未有的挑戰(zhàn)。


  巖爆研究已經(jīng)從狀態(tài)研究到孕育全過程的機(jī)制、監(jiān)測預(yù)警與動態(tài)調(diào)控研究,巖爆監(jiān)測預(yù)警從定性發(fā)展到定量、智能化,巖爆控制從關(guān)注支護(hù)設(shè)計發(fā)展到開挖優(yōu)化、應(yīng)力釋放優(yōu)化與吸能支護(hù)優(yōu)化。


  東北大學(xué)馮夏庭研究員團(tuán)隊聯(lián)合中科院武漢巖土力學(xué)研究所與廣西大學(xué)的科研人員,以巖爆孕育過程為主線,闡述巖爆的主要類型、4 個等級、TBM 和鉆爆法誘發(fā)的巖爆特征、不同巖性發(fā)生的巖爆的特征。


  研究人員運用室內(nèi)巖樣試驗、室內(nèi)物理模型試驗、現(xiàn)場綜合觀測、現(xiàn)場監(jiān)測等手段揭示巖爆孕育過程及其機(jī)制。


  在巖爆孕育過程預(yù)警方面,科研人員介紹了即時型巖爆預(yù)警方法、時滯型巖爆孕育過程的預(yù)警方法、間歇型巖爆孕育過程的預(yù)警方法。同時指出,巖爆孕育過程的預(yù)警應(yīng)與設(shè)計和施工過程緊密結(jié)合,當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件變化、設(shè)計變更和施工活動變化時,應(yīng)根據(jù)基于微震信息的巖爆預(yù)警法對巖爆孕育過程進(jìn)行動態(tài)預(yù)警。


  在巖爆孕育過程的風(fēng)險動態(tài)防控中,從工程布置和開挖參數(shù)設(shè)計、應(yīng)力釋放孔設(shè)計、支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化方面做了介紹。


  巖爆的孕育和發(fā)生是一個復(fù)雜的過程。已建立了一個大型巖爆案例數(shù)據(jù)庫,包括微震波形數(shù)據(jù)庫、巖爆案例數(shù)據(jù)庫、微震事件時間序列數(shù)據(jù)庫等信息。運用大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)等人工智能手段,對巖爆數(shù)據(jù)庫進(jìn)行深度學(xué)習(xí),建立包含微震波形的快速識別、微震波形到時準(zhǔn)確拾取、自動定位、巖爆區(qū)域和等級自動預(yù)警等功能的全智能系統(tǒng),是亟待努力的方向。


  巖爆防控已從被動變?yōu)橹鲃樱瑥?qiáng)烈?guī)r爆和極強(qiáng)巖爆的防控已經(jīng)從經(jīng)驗方法上升到開挖優(yōu)化—應(yīng)力釋放優(yōu)化—吸能支護(hù)優(yōu)化的“三步走”科學(xué)方法,今后的努力方向是研究更加有效的應(yīng)力釋放技術(shù)、配套的吸能支護(hù)系統(tǒng)以及更多的工程實踐。


  位于青藏高原上的川藏鐵路林芝—雅安段,將建設(shè)800 km 以上的深埋隧道,由于需要穿越地質(zhì)縫合帶、活動斷裂帶等特殊地質(zhì)條件,地應(yīng)力極高且變化大,巖爆風(fēng)險會更突出且會表現(xiàn)與以往工程不同的特征。加強(qiáng)針對該地區(qū)的巖爆機(jī)制和防控研究是今后幾年的重點。


  這項研究得到了國家自然科學(xué)基金的資金支持,研究以《巖爆孕育過程研究》為題發(fā)表于《巖石力學(xué)與工程學(xué)報》。


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