标准规范下载简介
_FONT+face=Verdana_深埋隧洞TBM施工过程围岩损伤演化声发射试验_FONT_.pdf岩石力学与工程学报 Chinese Journal of RockMechanics and Engineering
Vol.29No.8 Aug., 2010
陈炳瑞，冯夏庭19.人工挖孔灌注桩基础施工工艺及质量控制(摘录自《四川建筑》06年3期第131-133页)，肖亚勋，明华军，张春生²，侯靖²，褚卫江
（1.中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室，湖北武汉430071： 2.中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，浙江杭州310014)
ACOUSTTCEMISSIONTESTONDAMAGEEVOLUTTONOF
CHENBingrui',FENG Xiating',XIAO Yaxun',MING Huajun',ZHANG Chunsheng?
bU Jing',CHUWeijiang
1.State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering,Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy oy Sciences,Wuhan, Hubei 430071,Chind; 2.HydroChina Huadong Engineering Corporation,Hangzhou, Zhejiang 310014, China)
陈炳瑞，等。深埋隧洞TBM施工过程围岩损伤演化声发射试验
TBM施工技术由于其施工速度快、效率高、隧 道成型好、对周边环境影响小以及作业安全等优点， 自前已在世界越来越多的国家得到应用。随着TBM 在隧洞掘进中的广泛使用，国内外众多学者对TBM 的破岩机制及其实际工程应用中遇到的问题从地 质、力学、试验等角度进行了深入分析和研究，如 M.Sapignia等应用岩石力学分级的方法，建立了 RMR系统与TBM在隧道掘进过程中速率的关系， 运用离散元方法，模拟了TBM在掘进时岩体破裂 发展形态及其和掘进速率的关系，深入解释了裂隙 形成和发展的3个阶段；R.Gertscha等[4]通过一系 列试验研究了TBM掘进机在硬、脆性岩体施工时， 遂道半径和掘进速度的关系；徐则民等[5研究了 TBM刀具设计中围岩石力学参数的选择问题；秦淞 君[6]研究了隧道掘进机掘进时的岩石特征的判定问 题；冷先伦等[7.8]用有限差分方法，研究了TBM开 挖对围岩的扰动特征，认为相同条件下TBM开挖 位移和塑性区分别约为钻爆法的65%和70%。但目 前的研究多局限于理论分析和数值模拟，深理硬岩 TBM开挖对围岩损伤的时空演化规律，缺之乏详细现 场试验研究。 声发射是指材料在外力作用下，其内部变形或 裂纹扩展过程中，由应变能的瞬态释放而产生弹性 波的现象。隧洞开挖引起围岩应力场的调整，导致 新裂纹产生、旧裂纹扩展，聚集于岩体内部的能量 以弹性波的形式进行释放，产生大量的声发射信息。 不同尺寸、不同形式的微破裂，岩体所释放出的声 发射信号强弱和特征是不同的，通过捕捉岩石微 破裂产生的声发射信息，可以系统研究围岩损伤时 空演化规律、损伤机制及微破裂的强弱等。对于室 内岩石试样，李庶林等[10~12]对各种应力路径下岩石 发射力学试验进行了较为系统的研究，取得了丰 顶的成果：对于现场声发射试验，李正旺等113进行 了隧洞围岩声发射监测，分析和解释了隧洞开挖后 的“松弛现象”，并通过矩张量分析法研究了不同声 发射信号的破裂类型；C.D.Martin等[14.15]进行了
微震/声发射监测，系统地研究了洞室开挖后围岩的 损伤与破坏，并根据微震/声发射监测数据提出了基 于张拉破坏的破坏源尺寸评价模型。可见用声发 射监测技术评价围岩的损伤具有其他监测手段所没 有的独特优势，但目前这些隧洞的开挖都是基于钻 爆法施工，对于TBM施工对围岩损伤的研究，缺 乏必要的现场声发射试验。 鉴于此，为了获得TBM开挖过程中围岩损伤 的时空演化规律，为深埋隧洞TBM施工支护措施 设计与支护时机的选取提供科学依据，开展了深埋 硬岩TBM施工过程中声发射监测试验。
声发射试验采用美国PAC公司的DiSP声发射
(b）声发射监测区域位置示意图(单位：mm)
图1声发射监测区域位置图 Fig.1 Location of AE monitoring zone
图2声发射监测区节理裂隙分布(单位：m)16) Fig.2Distribution of joints and cracks near AE monitoring Zone(unit: m)[16)
测试系统，该系统包括：传感器、前置放大器、声 发射采集卡、主机系统和处理软件，采集系统及工 作原理见图3。 根据前期现场声发射试验，传感器选用谐振频 率为40KHz的SR40M型号传感器为宜：为了更好、
(c）声发射监测原理示意图 图3声发射监测系统及原理 Fig.3AE monitoring system and principle
2.3传感器布置方案及
2.4波在大理岩中的传播速度
试验前测定波在围岩中的传播速度，掌握波在 围岩中传播的规律，对于正确分析声发射监测结果， 评定围岩损伤区范围及程度是十分重要的。 但由于本次试验具有如下特点：（1）传感器安 装钻孔较深(2830m)：(2）传感器间的距离相对较
陈炳瑞，等，深埋隧洞TBM施工过程围岩损伤演化声发射试验
2.5波在大理岩中的衰减规律
图6衰减测试传感器布置简图(单位：mm) Fig.6 Location of sensors of attenuation test(unit:mm
从试验结果可以看出，不同传播方向声波的衰 减规律有所不同；声发射信号衰减基本遵循负指数 衰减规律，但衰减幅值明显低于美国物理声学公司 建议的材料衰减规律17]。 在节理和裂隙比较发育的不良条件下，不足 100dB的声发射信号，衰减至45dB前仍能传播
1.5m左右，在地质条件较好的岩体中，应能传播更 远，现场开挖过程中岩体破裂释放的能量往往更高， 因此，传感器对于5m左右微破裂信号应该可以监 测到的，也就是说目前的传感器布置方案是合理的。
2.6TBM开挖声发射监测参数设置
围岩微破裂识别算法，即微破裂源定位算法， 是根据传感器坐标和传感器监测到时，确定破裂源 位置和时间，进而评定围岩损伤范围和损伤程度的 种分析方法，在岩石工程等众多领域有着广泛应 用。 微破裂源定位算法种类众多，最常用的是 Geiger定位方法[18]，该方法是一种将源定位这一非 线性问题，通过忽略高阶项，转化为线性问题的 种经典定位方法，基本原理可简述如下： 假设n个传感器的观测到时为W，W²，·*，W。， 求源位置（x，y，z）和微破裂发生时间t，使得目标 函数最小，目标函数为
式中：f(B)为计算监测到时；B为微破裂发生时 间和微破裂源三维坐标；xJC／T 2129-2012标准下载，，z为第k个传感器 位置坐标；V为波在介质中传播的速率。 对于式(1)的求解，最常用的是最小二乘法，即 令B=b，bz，*.*，bm}，m=4，分别为微破裂发生 时间和微破裂源三维坐标，为了使B满足使Q最 小，b应满足如下方程组：
Q=0 (i=l, 2, ***, m) Ob
由于f(B)为非线性表达式，式(1)无法直接求 解，通常通过泰勒展开，略去二次及二次以上的项， 使其线性化，逐次送代使其解逼近真值。
4TBM施工围岩损伤演化特征
DLT 1819-2018标准下载同轴线方向围岩损伤演化
擎子面距监测断面距离/m