[发明专利]深埋隧道开挖过程微震事件空间分形维数计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及隧道开挖过程中的微震监测方法。尤其是一种深埋隧道开挖过程微震事件空间分形维数计算方法。适用于深埋隧道开挖灾害孕育及发生过程中破裂空间分布特征及演化规律的定量描述，属岩土力学技术领域。

背景技术

随着隧道工程岩体深度的不断增加，工程灾害日趋增多，如岩爆、塌方、巷道围岩开裂、片帮等，对工程的安全性造成了巨大威胁，因此深部隧道工程中的岩石力学问题也是目前国内外岩石力学界研究的焦点。针对深部岩体隧道工程展开研究的方法有很多，其中以微震监测法应用的最为广泛。在深部岩体隧道开挖过程中，围岩当受到应力作用时就会在产生微破裂的同时释放应变能并产生应力波，这些应力波由微震仪器接收并定位，运用微震监测的手段可以测量这些微破裂的发生及发展情况，在灾害发生之前对这些物理机制点进行测量从而达到对灾害的孕育和发生过程进行分析的目的。

Fractal character and mechanism of rock bursts (International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,1993, 30(4): 343－350)一文中针对矿山开采过程中采矿区微震事件的分布特征提出了球形半径r的分形测量方法，并运用分形维数成功的对深部矿山开采过程中岩爆孕育及发生过程中的微震活动性进行了定量描述，取得了显著成果。但是上述计算方法无法根据深埋隧道的线性特点有效的针对深埋隧道开挖过程中随着掌子面的不断推进呈线性展开的微震事件进行测量与计算，并且容易将相邻洞段及掌子面开挖过程中所产生的微震事件计算其中使结果产生较大偏差。

发明内容

针对上述存在问题，本发明的目的在于提供一种深埋隧道开挖过程微震事件空间分形维数计算方法。

为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为：

深埋隧道开挖过程微震事件空间分形维数计算方法，所述计算方法的具体步骤包括：

a）根据深埋隧道开挖过程中微震事件在掌子面后方沿洞轴方向距离掌子面分布范围长度                                                ，确定总计算区域沿洞轴方向总长度为L；微震事件在掌子面附近沿洞径方向距离掌子面分布范围长度，确定总计算区域及部分计算区域沿洞径方向正方形断面边长为H。

b）以灾害发生位置为中心，统计总微震事件总计算区域范围内的所有微震事件数，,,…,L范围长度下部分计算区域内的微震事件偶对数目，其中n为常数。

c）根据相关指数计算公式：

                        公式一

式中： ，N为总计算区域范围内的所有微震事件数，表示范围长度下部分计算区域内的微震事件偶对数目，计算出长度范围内的相关指数。

d）分别以,,…,为横坐标，,,…,为纵坐标，建立直角坐标系并进行线性拟合：

                 公式二

当拟合直线的自相似系数大于0.9，表明岩石微裂隙的产生在空间上是具有分形分布关系的。求出的斜率D值为隧道开挖过程中微震事件空间分布的分形维数值。

由于采用了上述技术方案，本发明具有以下优点和积极效果：

（1）实现针对深埋隧道开挖过程中微震事件空间分布特征定量计算：针对深埋隧道是线性开挖的特点，沿隧道轴方向将计算区域进行划分，然后根据所选取的部分计算区域范围长度及其所对应的相关指数建立直角坐标系进行线性拟合的分形计算方法，从而实现运用分形维数值对深埋隧道开挖微震事件空间分布特征的定量计算。

（2）确保在空间上对灾害的发生具有重要贡献的微震事件的准确选取：根据深埋隧道开挖过程中微震事件在掌子面附近沿洞轴、洞径方向距离掌子面分布范围长度来确定微震事件的选取范围，从而可以确保在空间上对灾害的发生具有重要贡献的微震事件的准确选取。

（3）实现隧道开挖灾害孕育及发生过程微震事件空间分布演化规律的定量描述：以灾害发生位置为计算区域的中心，根据灾害发生影响范围内的微震事件在时间上分布情况确定灾害在时间上的孕育及发生过程，在此基础上对本发明的计算法进行应用，可以实现隧道开挖过程中岩体应力型灾害孕育及发生过程中微震事件空间分布演化规律的定量描述。

附图说明：

图1 是深部岩体隧道开挖过程中，微震事件空间分形计算参数的选取方法；