[发明专利]陡倾层状岩体洞室群高边墙位移定量预测方法

权利要求书

1.一种陡倾层状岩体洞室群高边墙位移定量预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

①将ESG微震监测系统所配备的传感器分别安装在处于陡倾层状岩体中的地下洞室边墙区域，地下洞室的每一侧边墙所安装的传感器至少为6个，传感器的布置方式应使传感器能在空间形成网状结构并覆盖上游、下游两侧的边墙，将各传感器与ESG微震监测系统的数据采集盒连接，然后将数据采集盒与处理数据信号的主机相连；

②地下洞室开挖过程会诱导地下洞室两侧边墙区域产生微震事件，在地下洞室开挖过程中，通过ESG微震监测系统捕捉地下洞室两侧边墙区域出现的微震事件，并通过ESG微震监测系统提取微震事件的参数信息，包括：震源坐标、震源半径、微震辐射能、微震视体积，将第j个微震事件的震源坐标记作(x_j,y_j,z_j)；

将ESG微震监测系统捕捉到的微震事件及其参数信息放入微震数据库I和微震数据库II中，其中，微震数据库I包括已知岩体破坏区域内的微震事件及其参数信息，微震数据库II包括ESG微震监测系统捕捉到的所有微震事件及其参数信息；

③利用FLAC3D软件建立包括地下洞室边墙区域在内的地下洞室群三维数值计算模型，并保证计算模型与微震数据处于相同的坐标系中；

根据地下洞室的现场开挖方案，采用FLAC3D软件对开挖过程进行模拟计算，得到计算模型中各网格单元的应力信息，所述应力信息包括第一主应力、第二主应力和第三主应力，将第i个网格单元的形心坐标记作(x_i,y_i,z_i)；

④利用围岩破裂类型综合分析方法来判定微震数据库I中的各微震事件的破坏类型，根据破坏类型确定各微震事件的影响范围，将第j个微震事件的影响范围记作R_j，R_j＝R_a或R_b，R_a表示纯剪切型微震事件的影响范围，R_b表示拉伸型或混合型微震事件的影响范围；

纯剪切型微震事件的影响范围的计算方式如式(1)所示：

式(1)中：R_a表示纯剪切型微震事件的影响范围；K_c是依赖于震源模型的常数，在断层面解不确定的情况下，K_c往往取断裂速度为0.9c下的平均值，即在P波条件下K_c＝2.01，在S波条件下K_c＝1.32；f_c表示P波或S波的角频率，f_c通过远震位移谱的低频幅值Ω₀和质点运动速度积分J_c计算得到；

拉伸型或混合型微震事件的影响范围的计算方式如式(2)所示：

式(2)中：R_b表示拉伸型或混合型微震事件的影响范围；V_A为拉伸型或混合型微震事件的微震视体积；

⑤根据式(3)计算微震数据库I中的各微震事件的震源与各网格单元的形心之间的距离，

式(3)中：L_ij为第j个微震事件的震源与第i个网格单元的形心之间的距离；

若L_ij≤R_j，则第i个网格单元处于第j个微震事件的影响范围内，根据L_ij与R_j的关系筛选出处于微震数据库I中的微震事件的影响范围内的所有网格单元；

根据式(4)计算处于微震数据库I中的微震事件的影响范围内的各网格单元储存的可释放应变能，

式(4)中：为处于微震数据库I中的微震事件的影响范围内的某网格单元储存的可释放应变能；E_D′和v分别为岩体弹性模量与泊松比，V为网格单元的体积；σ₁,σ₂,σ₃分别为处于微震数据库I中的微震事件的影响范围内的某网格单元的第一主应力、第二主应力和第三主应力；

然后利用式(5)计算地震效率η，

式(5)中：D_sum为微震数据库I中所有微震事件影响范围内的岩体的总体损伤变量，由于微震数据库I中所有微震事件影响范围内的岩体已经完全损伤破坏，因此取D_sum＝1；为微震数据库I中所有微震事件的微震辐射能的总和；η为地震效率；是处于微震数据库I中的微震事件影响范围内的各网格单元储存的可释放应变能之和，

⑥按照地下洞室现场开挖期间微震事件的发生时序，将微震数据库II中的微震事件依次记作第1,2,3,…,m个微震事件；

根据地下洞室现场开挖会导致岩体力学参数出现劣化的实际情况，在利用FLAC3D软件进行地下洞室开挖模拟计算的过程中需要对计算模型网格单元的力学强度参数进行折减，每当ESG微震监测系统捕捉到一个微震事件后，即按照前述步骤④、⑤的方法确定微震数据库II中该微震事件的影响范围，然后确定该微震事件影响范围内的所有网格单元，利用式(6)计算出该微震事件影响范围内的所有网格单元的损伤变量D，然后根据式(7)～(11)对网格单元的力学强度参数进行修正，计算得到网格单元劣化后的力学强度参数，

式(6)中：是微震数据库II中某个微震事件的微震辐射能；η为地震效率；是该微震事件影响范围内所有网格单元储存的可释放应变能之和；

E_D＝E₀(1-D^m)＝E₀(1-D^m-1)(1-D_m) (7)

C_D＝C₀(1-D^m)＝C₀(1-D^m-1)(1-D_m) (8)

式(7)～(11)中：D^m为微震数据库II中第1个微震事件至第m个微震事件的累积损伤变量，D_m为第m个微震事件的损伤变量；E₀,C₀,分别为初始弹性模量、初始岩层黏聚力、初始岩层摩擦角、初始层面黏聚力及初始层面摩擦角；E_D,C_D,分别为劣化后的初始弹性模量、劣化后的岩层黏聚力、劣化后的岩层摩擦角、裂化后的层面黏聚力及劣化后的层面摩擦角；

在ESG微震监测系统每捕捉到一个微震事件后，即计算该微震事件影响范围内所有网格单元劣化后的力学强度参数，将网格单元劣化后的力学强度参数代入计算模型中，采用FLAC3D软件对开挖过程进行模拟计算，得到该微震事件发生后所有网格单元的位移值，根据计算模型中各网格单元的形心坐标和位移值计算得到地下洞室边墙区域各部位层状围岩的预测位移值，由此即实现了高边墙位移的实时定量预测。