不同类型岩爆孕育过程中震源体积自相似分布的分形特征分析

摘要

岩爆严重威胁着深部岩体隧洞的施工安全,并造成大量的人员伤亡及财产损失。在深部岩体隧洞岩爆灾害的孕育及发生过程经常伴随一系列的微震事件;通过针对微震事件发生的时间、空间位置、数量多少、能量大小及震源体积分布等特征参数进行分析,有助于认识岩体的破裂机制,进而为岩爆等动力地质灾害的研究与防治提供理论基础。采用理论分析与微震监测相结合的研究手段,基于锦屏Ⅱ级水电站深埋引水隧洞施工过程中大量不同类型(即时性应变-结构面滑移型岩爆、即时性应变型岩爆)、不同等级即时性岩爆的典型案例,针对岩爆孕育及发生的动态过程展开震源体积分布的自相似特征及分形行为研究。结果表明:深部岩体隧洞开挖即时性岩爆孕育过程中的微震源体积分布表现出良好的自相似性,其自相似系数均大于0.97;对于不同类型的即时性岩爆,其微震信息震源体积分形维数均随着岩爆孕育过程不断增加,岩爆发生时达到最大值的特征;应变-结构面滑移型岩爆过程中每天的震源体积分形维数分布在0.1~0.8范围内,应变型岩爆过程中每天的震源体积分形维数分布在0.4~1.3范围内,岩爆发生当天的分形维数均大于1.0。研究成果对高地应力条件下岩爆灾害动态预警体系的建立具有重要的指导意义,同时可为中国深部岩体隧洞开挖过程的安全设计提供必要的科学依据和支撑。