( 1) 微震辐射能 E 岩体开裂是弹性变形向非弹性变形转化的过程,在开裂的同时会向外界辐射能量,经常用以描述地震发生前岩体的变化特征,微震能量的表达式为:
式中: EP,S( EP+ES) 是微震事件能量; ρ 为岩体的密度; vP,vS分别为 P 波及 S 波的波速; R 为震源距; tS为计算时间; u^2corr( t) 为微震波形速度脉冲在时间上的函数。
( 2) 局部震级 M 在地震领域中普遍采用震级来描述地震事件的量级,然而震级不是一个严格定义上的量值,有许多描述的震级尺度。采用局部震级针对岩爆震级进行描述[8],它综合考虑了地震矩和微震释放能的共同作用。微震事件的局部震级 M 计算公式为:
式中: E 为微震事件辐射能量值; MS为微震事件地震矩,其他各项常数由系统根据 E-MS曲线经拟合计算后给出。
2. 2 钻爆法开挖方式下微震特征分析。
由于深埋隧洞开挖过程中会产生大量的微震事件,而一些相对很小的微震事件对工程造成的危害可以忽略,因此对所有的微震事件进行分析大大增加了不必要的工作量。破裂产生得越剧烈所对应微震事件释放的能量越大,同时对工程的危害也就越大[9-12],及时把握最大能量事件的演化规律对工程安全性具有重要的指导意义。
以爆坑中线为中心前后 30 m 的范围被认为是岩爆的有效影响范围[13-14],同样基于此范围展开微震活动性研究( 文中定义为“岩爆活动区”) .2011 年 1 月 5 日凌晨 1: 00 左右,当钻爆法开挖方式下的 1-P-E 工作面开挖至 SK8+682 时,现场扒渣过程中在 SK8+678 南侧边墙至拱肩处发生了中等岩爆; 随后的 1 月 11 日15: 30,当 1-P-E 开挖到 SK8+711 位置时,于 SK8+709 南侧边墙至拱顶处发生强烈岩爆,岩爆最大爆坑深度为 1. 6 m.此次岩爆造成了现场设备的损坏,但所幸并无人员伤亡。此次即时型中等及强烈岩爆孕育及发生过程中最大能量微震事件及其所对应的震级演化特征见图 2.从图 2 可见,钻爆法开挖方式下: ①中等岩爆发生过程中,最大能量微震事件的能量为 10^5~ 10^6J,震级为 0~0. 6; ②强烈岩爆发生时,微震事件最大能量大于 106J,震级则大于 0. 6; ③对于一个完整的岩爆孕育过程,最大能量微震事件向高能量、大震级方向移动,当岩爆发生时所对应的能量、震级均达到最大值。