岩爆孕育過程的機制、預警與動態調控（簡體書）

《岩爆孕育過程的機制、預警與動態調控》被列為“十二五”國家重點圖書出版規劃項目中國科學技術研究領域高端學術成果出版工程，是岩爆孕育過程研究的首部專著，強調了岩爆孕育過程的研究方法和不同類型岩爆孕育過程的機制、規律和特徵研究，系統介紹了岩爆孕育過程的微震實時監測方法、小波-神經網絡濾波方法和震源定位的分層-PSO方法，不同類型（即時型、時滯型）岩爆孕育過程中微震信息演化特徵和規律及其差異性，TBM與鑽爆法誘發隧道岩爆的規律和差異性，岩爆孕育過程機制分析的矩張量方法和P波發育度方法，不同類型（即時應變型、即時應變-結構面滑移型、時滯型等）岩爆孕育過程的機制及其差異性，即時型岩爆孕育過程中微震活動性時間、空間和能量分形計算方法及其特徵和規律，基於宏觀特徵和微震能量的兩種岩爆等級劃分方法，岩爆爆坑深度估計的RVI新指標、岩爆斷面位置及其危險性估計的基於局部能量釋放率的數值方法、基於實例學習的岩爆等級和爆坑深度估計神經網絡方法、基於微震信息演化的岩爆等級及其概率預警方法和基於微震信息演化的岩爆等級與爆坑深度預警神經網絡方法，岩爆孕育過程的動態調控方法：減少開挖引起的能量聚集水平-預釋放或轉移能量-吸能的“三步”策略與優化設計方法、支護系統的設計方法、岩爆開挖與支護設計指南等，以及這些方法和技術在錦屏二級水電站深埋引水隧洞的應用。
書中關於岩體破壞-災害孕育-發生-動態調控過程研究的學術思想可為岩石力學與工程安全研究提供啟示和借鑒，書中介紹的成果可為從事水利水電、土木、交通、採礦、國防等高應力和深埋工程研究的科研人員、工程技術人員和研究生參考。

《巖爆孕育過程的機制、預警與動態調控》能被列為“十二五”國家重點圖書出版規劃項目中國科學技術研究領域高端學術成果出版工程，也說明了所介紹成果的創新性。《巖爆孕育過程的機制、預警與動態調控》的出版必將為巖爆和深部工程安全性研究者提供極大的助益，為深部工程安全設計與施工提供重要的科學依據，為巖石力學學科的發展以及巖石力學理論與巖石工程實踐緊密結合做出重要貢獻。

序
前言
1 緒論
1.1 研究意義
1.2 錦屏二級水電站深埋引水隧洞和排水洞
1.2.1 工程總體佈置
1.2.2 地質條件
1.2.3 施工情況
1.2.4 主要工程問題
1.2.5 需要研究解決的問題
1.3 岩爆研究主要進展
1.3.1 微震實時監測與數據分析方法
1.3.2 岩爆孕育過程的特徵、規律與機制研究
1.3.3 岩爆等級劃分與判別方法
1.3.4 岩爆風險估計方法研究
1.3.5 岩爆防治方法研究
1.4 主要研究內容和思路

2 微震實時監測與數據快速分析方法
2.1 引言
2.2 微震監測基本理論與概念
2.2.1 微震監測原理
2.2.2 基本概念
2.3 整體協同、全域最優的微震實時監測系統與方法
2.3.1 微震監測方案設計基本原則
2.3.2 微震傳感器整體協同、全域最優的佈置方法
2.3.3 微震傳感器整體協同全域最優佈置的典型案例
2.4 微震信息快速分析方法
2.4.1 微震監測數據快速分析內容和流程
2.4.2 微震有效信號小波-神經網絡識別與提取方法
2.5 微震源傳感器陣列內外PSO定位算法
2.6 錦屏二級水電站引水隧洞和排水洞微震實時監測與分析
2.7 小結

3 岩爆孕育過程的特徵、規律與機制
3.1 引言
3.2 隧洞岩爆孕育過程微震信息演化特徵與規律研究
3.2.1 隧洞岩爆孕育過程微震信息時空演化規律
3.2.2 鑽爆法施工深埋隧洞微震事件及岩爆分佈特徵
3.2.3 TBM施工隧洞微震監測洞段微震事件及岩爆分佈特徵
3.2.4 不同施工條件下深埋隧洞微震監測洞段微震信息及岩爆分佈對比分析
3.2.5 隧洞支護對微震活動及岩爆的影響
3.2.6 工程地質因素對岩爆的影響及其防控措施啟示
3.2.7 岩爆孕育過程中微震時間序列特徵
3.3 岩爆孕育機制的矩張量分析方法
3.3.1 岩爆孕育機制矩張量分析總體思路
3.3.2 基於微震監測數據岩石破裂矩張量分析方法
3.3.3 典型岩爆孕育過程中岩體破裂事件產生機制分析
3.4 岩爆孕育過程中岩石破裂類型判別的P波發育度方法
3.4.1 基於能量比及矩張量方法的岩石破裂類型判別對比分析
3.4.2 基於P波發育度方法的岩石破裂類型判別
3.4.3 深埋隧洞岩石破裂類型綜合判別方法
3.5 岩爆孕育過程中岩體變形破裂演化過程的原位綜合觀測
3.5.1 岩爆孕育機制的原位綜合觀測方法
3.5.2 試驗洞工程地質條件和位置
3.5.3 試驗洞佈置與施工開挖
3.5.4 岩爆孕育過程中岩體變形破裂過程的原位試驗方案
3.5.5 現場岩爆發生情況
3.5.6 測試結果分析
3.5.7 岩爆孕育過程的變形破裂機制分析
3.6 即時型岩爆孕育過程的特徵、規律與機制
3.6.1 即時型岩爆描述及其特徵
3.6.2 即時型岩爆孕育過程中微震信息演化規律
3.6.3 即時型岩爆孕育過程中微震信息演化的時間分形特徵
3.6.4 鑽爆法開挖誘發即時型岩爆的空間分形特徵
3.6.5 TBM開挖誘發即時型岩爆的能量分形特徵
……
4 岩爆孕育過程風險估計與預警方法
5 岩爆孕育過程的動態調控方法
6 岩爆孕育過程實時監測、動態預警與調控設計指南
參考文獻
彩圖

4.2.2基于現場實時監測的微震能量的巖爆等級劃分方法
本節介紹一種巖爆發生時微震實時監測的微震事件能量為指標的巖爆等級劃分方法，即以巖爆發生時監測到的能量為指標，通過系統聚類分析建立巖爆等級的劃分方法。以錦屏二級水電站引水隧洞部分連續微震監測洞段發生的133次巖爆及其發生時監測到的微震能量為實例數據，合理確定了各巖爆等級的微震能量閾值。
1.基于微震能量巖爆等級定量劃分依據
1）基于微震能量巖爆等級定量劃分的可靠性
眾所周知，地震的震級主要是依據地震發生時的能量進行劃分的，能量越大，地震的震級就越大。一般來講，地震的震級越大，地震造成的破壞越大，即地震的烈度越大。由于地震烈度的大小除了與地震震級相關外，還與地震的震中距、震源深度、地震發生區地質構造和巖石性質等因素有關。因此，地震的震級和烈度并不成正比例關系；而巖爆不同于地震，巖爆發生時微震源的位置一般就在破壞區內或破壞區附近。也就是說，
（1）微震源的深度對巖爆的烈度等級影響較小。
（2）微震源的震中距對巖爆的烈度等級影響較小。
（3）巖爆區地質構造和巖石性質雖有差異，但不會像地震區的差異那么大，對巖爆等級影響相對較小。
另外，巖爆是一種動力型的災害，其發生時一般伴有較大的能量釋放，利用高靈敏度微震監測設備進行監測，可獲取巖爆發生時的微震信號，從而計算巖爆發生時的能量。因而，據此評價巖爆烈度等級是可行的，評價結果也是可靠的。
由圖4.9可以看出，總體上，微震能量越高，巖爆等級也越高。這說明，微震能量可以作為指標對巖爆等級進行劃分。圖中也有一些例子顯示巖爆等級較低的微震能量比巖爆等級高一等級的微震能量要大一些。這可以通過合理的等級劃分，找到微震能量的合理閾值，得以解決。
2）巖爆等級劃分依據計算方法
基于聚類分析進行巖爆等級劃分的方法，主要是通過巖爆樣本能量評價指標間的距離，來評價巖爆等級劃分的合理性。距離計算方法種類繁多，常用的有絕對距離法、歐氏距離法、切比雪夫距離法等。令dii表示巖爆能量評價指標問的距離，絕對距離法、歐氏距離法、切比雪夫距離法評價公式可以統一表達如下：
式中：p為每個樣本評價指標的個數；q為常數變量，q=1時，為絕對距離法；q=2時，為歐氏距離法；q=∞時，為切比雪夫距離法。