边坡稳定性声发射监测

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2O年第 3卷第 5 O7 3期№ y2O O 7

工业安全与环保 I u r l a t a ni m et ret n n si fy n E vo n a P t i d ta S e d r n l oco

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边坡稳定性声发射监测霍臻陈翠梅王正义(. 1中钢集团武汉安全环保研究院武汉 40 8; 2攀枝花新钢钒股份公司氧气厂 3 01 .摘要

IJ攀枝花 670 )￣I lI 100

工程建设中，常在自然山地上开切人工边坡，一旦滑坡将造成巨大损失。实践表明：声发射 ( E技术能有效捕 A)

捉滑坡的前兆，而进行预报。岩体 A从 E检测技术是岩质工程结构受力破坏的实时动态检测方法，具有测点监控范围大，实时提供信息等优点。A E信号参数与岩质工程结构受力产生破裂损伤或破坏紧密关联。某永久船闸边坡稳定性 A E监测的实践表明，根据 A数据的变化及“ E突变”对边坡岩体、定性及其发展趋势进行评价是有效的。,稳关键词人工边坡声发射监测

Ac u t En￣ O l]t Ol 1 t e S a i t ft e So e o si l i I 1e l I 01 h t bl y 0 h lp c] l l￣ i

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某水利枢纽建设的永久船闸，计为双线 5级船闸，设两线闸室间为 5一7宽 6 o 0m、 0m的直立中隔墩，属在山体中露

围内岩体的受力破坏。 12永久船闸边坡岩体声发射特性研究 .为了深入了解永久船闸边坡花岗岩声发射信号特征，探索有效处理现场数据的方法，作者在实验室对永久船闸边坡花岗岩进行了压力试验。

天开挖建设的岩质工程建筑物。船闸南北两侧最终形成上缓下陡岩质边坡，开挖与永久支护加固过程中的稳定与边坡局部垮落，将影响工程进度，胁施工人员及设备的安全。威 为了防止因滑坡而发生的灾害，尽早地捕捉滑坡前兆，采取适当的处理对策是必要的。以前，通过测量地面位移或测量

实验分别采用 Y一 0A型电动压力机， T液压伺服 E 20 MS钢性压力机对岩样进行单轴全过程加压。用 Y C数字声发 S

所安设的锚杆的载荷等方法来预测滑坡，是，为滑坡前但作兆的微小现象，在位移和载荷等方面并不敏感。以根据这所种测量结果对边坡的滑坡进行准确预测是困难的。

射仪采集波形信号，本系统是基于 I 2速串行通信的一对 T3 S2多通道声发射数据采集分析系统，位机采用 8C 1片下 95单机， K 2i/ 4 1b A D采样对声发射数据

进行采集， 0 t然后通过波特

A E是伴随边坡内部的微小破裂和变形而发出的声音， 它是滑坡早期发生的现象，因此对边坡滑坡的早期监测是有效的。作者根据永久船闸开挖工程的实际情况， A将 E技术应用于永久船闸右线二、闸室南直立坡、线闸室北直立三左坡岩体进行稳定性监测。1岩体声发射特征及其检测技术

率为 150￣45串行口将数据传递到上位机。用 YS 120￥ 8 S模拟声发射仪记录声发射特征参数 (大事件、总事件和能率 )。实验用岩样，用打钻的方式分别在某永久船闸南北坡钻

取 9 l、 ol长度不等的岩样， ln[然后按照<中华人民共和国行业标准 (水利水电工程岩石试验规程)中第 5 2节单轴抗强> .度试验标准加工了 5 l与 9 l两种岩样共 9块， 0l[ l n ol[ l n其参数见表 1。裹1 编号 5 Dm、 9 u 2种岩样尺寸 olr e出如 d 6 S l S 2 S 3

1 1岩体声发射检测技术特点 .

岩体声发射是伴随岩体受力破坏过程产生的一种自然现象，与岩体破坏紧密相关。大量的岩石室内试验及现场检测试验表明：随着岩体受力破坏的加快，声发射现象明显增

d,如 l/ 2

多。显然，岩体声发射现象可以为岩质工程稳定性评价与危险状态预测预报提供有效的信息。其特征为：①岩体声发射是由源点向四周介质传播开去的，以实现破坏源点的检测可

平均直径/ m 9 8 8 9 9 9 . 5 .5 5 .2 5 .3 m 0 9 8 1 o 0 5 00 0 1 00 平均长度/ m 1 27 2 1 29 20 2 . 2 . 2 . m 28 1 20 2 8 1 2 18 3 17 8 122

121测试方法 .. () Y 1用 E一20 0A型普通压力机进行加压试验，共压 d一

定位。②岩体声发射现象与岩体受力破坏相关。是一种岩体动态实时检测，检测结果直观。③ 1个测点可以监控一定范

,块岩样。加压过程中，/6 6在岩样相对两侧放 2根刚性很好的钢管，以增大压力机刚度。以约 0 0 ta s .5b/加载速率加 P

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压，保持压力 3— i 5rn采集声发射数据， a然后再加压，当到下一

测系统监控，布设有 S 2—1 R—2 R一S 3 5等 2个测孔， 5监控边

个压力水平时再保压 3—5mn直至岩样完全破坏， i,则加

坡总长度 5 1n 4。各测孔检测到的声发射事件数随时间分 I布的特点是：有测孔声发射事件数量随时间而呈减少趋所势。永久船闸在大规模爆破开挖过程中，由于爆破震动效

压结束。一般每块岩样需 8 5个压力水平，—1以便采集声发射信号用于分析试样不同应力水平声发射源的特性。 () 2用美国 M S公司生产的 b S 1电液压伺服压力 T I 85型 T机，用计算机控制， 5×1 I/的应变速率加压，以 0 7s全程采集声发射数据。并同时测量和记录纵向应变和环向应变。声发射数据信号，通过传感器拾取，前置放大器放大，模块采集并传输至计算机( S Y C岩体声发射监测仪 )贮存和分析，同时采集全过程声发射波形信号。12 2试验结果 ..

应，对边坡岩体造成一定程度的损伤，随着爆破开挖接近完成，每次爆破的药量逐渐减少，边坡岩体受到的损伤也相应减少。某年 7月份爆破开挖工程基本结束，因而，边坡岩体所受到的爆破振动损伤明显减少。另一方面，在船闸直立坡进行的锚索加固等措施已有效地抑制岩体受力破坏与损伤进一步发展，取得了良好效果。边坡岩体声发射随时间而呈减少的趋势，反映边坡趋于稳定。 2 2几个声发射事件数较测孔所在位置的局部边坡稳定性 . 3台检测仪所监控的测孔当中，R S 2—5 S 2—1、R 、R 1 S 3— 1、R— 5及 N 3— 6等 5个测孔所检测到的声发射事件 4S 3 2 R 2数是该台仪器所监控的测孔当中相对较高的。其主要原因是这 5个测孔均位于闸首与闸末部位，这些部位坡面形状变化大，有的边坡岩体甚至三面临空。岩体受力情况较为复杂，存在应力相对集中现象，体受力破坏相对加剧。而岩 S 2 5测孔虽然位于闸室中部的边坡上， R—坡面平整，是现但

室内岩石试样声发射试验与现场声发射监测，尽管因岩体与岩样存在地质性态 (岩体结构的各向异性、质构造与地结构面)几何尺寸、受力状态等的差别，可能引起声发射传播产生某些差别 (如吸收、折射、反射、绕射等 )但是岩石、,岩体受力破坏和声发射信号产生的机理是相同的，因此，试验的结果可供现场参考。2边坡岩体声发射与边坡稳定性分析

采用 3套声发射检测系统实现全天候自动化连续监测和数据采集与处理。 2 1永久船闸右线二、 .三闸室南直立坡岩体声发射与边坡岩体稳定性

场勘察发现该段边坡加固措施相对滞后。某年 5月底完成锚固施工后，有效地抑制了边坡岩体受力引起的开裂现象。 其声发射事件数随即明显减少 (见表 2, )截止第 2 3月份年已降低为正常水平。表 2某年 S 2— R 5测孔声发射事件月统计

永久船闸右线二、闸室南直立坡由 2台岩体声发射检三

23船闸左线三闸室北直立坡岩体发射与边坡稳定性分析 .左线三闸直立坡由第 3台声发射仪监控 N 3—2 R 6一 N 3等 1 R 9 4个测孔。由于其他原因使得这台仪器于某年 1 O

月份才得以安装投运，止目前，截此台仪器检测到声发射事件总数为 2 9, 053个每月的声发射事件数见表 3。实际上，台仪器投运时，此永久胎闸已基本完成爆破开

表 3左线三闸室直立坡月声射事件数统计

挖工程并开始进行了大规模的船闸直立坡锚固工作， 3表表明边坡岩体声发射事件数随时间进程明显减少，说明在永久船闸左线三闸室北直立坡所进行的加固措施取得了明显的

2 8日， 2 1 7日、月 1第年月 1 8日等 3天都同时出现声发射事件急剧增加的所谓声发射事件“突变”异常现象，数据见表 4。由表 4可看出， 3个相邻测孔的声发射数据不仅在同此一

效果，边坡趋于稳定。

天出现异常增加，而且一次比一次地增多，明该段边坡说日在此 3测孔所在部位的边坡马道上发现 1条长约 6I 3 n宽

24声发射事件急剧增加与边坡岩体受力开裂损伤或失稳 .某年 1 2 2月 5日至第 2 1 2年月 4日的 1个月时间当中， S 2 4 S 2—及 S 2 7等 3 R—、R 5 R—个相邻测孔，同时出现过 3次在较短时间内声发射事件急剧增加的现象，即在某年 1 2月

岩体在此时间段内，多次受力引起损伤破裂。第 2 1 2 年月 4一左右的裂缝，经过采取锚杆加强支护后，裂缝的延伸速该度才逐渐减少，并趋于停止。

表4某3次在较短时间内声发射事件急剧增加数据

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工业安全与环保 . I uta SfyadE v om n l rr i n si

a n ni n et o o d rl￣ r a P atn

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承德建龙 3高炉炉役后期安全生产特点#张连印王树华 (. 1中国地质大学工程学院武汉 407; 2承德建龙钢铁有限公司 304 .河北承德 07 0 ) 621

摘

要

承德建龙 3高炉第 1 代炉役后期，炉身冷却壁大量损坏，炉缸部分冷却壁水温差超高，炉底、炉基温度达到安

全警戒线，炉壳多处开裂变形，依靠外部打水维持生产的情况下，通过采取加强高炉操作，设备维护管理等技术措施，证了保高炉安全生产。 关键词高炉炉役后期安全生产

C￣ -ce it s o ￣e y P e ci f .3 i atr P ro f l a t r i fS C t r￣ l sc m o BF No l e e id o n

If S ri f egeJml gIo n te C . a . A e ev eo n d ' o nadSel o 1d c a- u n r删(. 1勋 l pnacon B i lg讪 lo i咖

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A s at ntele prdc lesrc f FN . nQl bt c I h a r eo i v e0B o 3i∞胁∞gh n t l o Ld,h w lcte mm ebd a en r t i ff ei ∞adSe C . i. t a h f c 0yhdbe e e l￣ i,

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1概述

炉采用 D 0风机。为有效地防止重大事故的发生， 70承德建龙于 20 05年对 3高炉启动扩容计划， 3炉炉役后期，在高 根据高炉安全生产面临的问题，采取了有效措施，保证了高炉连续稳定安全高水平生产，为安全停炉大修提供了保障。2高炉后期安全生产面临的主要问题

承德建龙钢铁有限公司 3高炉于 19 92年 4月 2 8日点火开炉。炉龄已达 1 4年，承德建龙 3高炉有效容积 19,炉缸直径 360咖，炉腹角 8。_2 7 5 13 3,炉身角 8￣ 4 4 2, 61高径比 3 5。3高炉设有 8 .6 个风口和 1个渣口，冷却设备采用全冷却壁结构，高炉风、口的大中小套及炉体各渣部位冷却壁均采用工业水开路循环冷却系统，高炉炉底和风口以下炉缸均采用烘炭砖砌筑，炉底设有风冷设施，口风

() 1高炉本体的炉皮已经严重老化锈蚀，损严重，常破经发生严重泄漏煤气现象，只能采取补焊的办法维持生产。生产的安全性无法得到保证。高炉 2层以上平台煤气浓度经

带以上及炉腹采用高铝砖砌筑，其余部分均采用高炉粘土砖砌筑。上料系统选用斜桥双料车上料，料车有效容积为 12。炉顶设备选用河南省冶金研究所的专利技术—— . J L型钟阀炉顶设备，热风炉系统配备 3座顶燃式热风炉，高3结论

常超标，遇到气压低时，时常漂至邻近高炉、炉值班煤气热风室以及发电厂等其他工作附近区域。 () 2冷却壁发生大面积损坏。高炉的冷却壁破损严重。 炉腹及炉腹以上部位冷却壁烧坏严重，已有 2块冷却壁断 6边坡岩体受力破裂、损伤较为严重，根据声发射检测结果，及时地对边坡岩体进行加固支护，以取得良好效果。可 () 3某些测点声发射资料短时间内出现急剧增加的异常现象，可能是该测点所监控范围内的边坡岩体受力急剧增加，岩体产生破裂损伤，或将发生岩体失稳垮落。 () 4岩体声发射检测技术是岩质工程结构受

力产生破裂、损伤或垮落的实时动态检测方法，有 1具个测点监控范围大，全天候自动化连续监测与数据处理，提供信息及时等突出优点。能有效监测边坡岩体稳定性及其发展趋势，而从

() 1永久船闸在爆破开挖过程中，右线二、三闸室直立坡

及左线三闸室北直立坡岩体产生声发射事件频度时仅为 1个/ 0mn类比其他工程而言， 1 i,比较低。且随着时间进程呈下降趋势，尤其是基本结束爆破开挖以后，声发射事件数明显减少，说明边坡岩体受力损伤、开裂并不严重。而产生损伤或开裂的原因，主要是爆破震动效应所致。已经实施的边坡加固措施，效地抑制了岩体受力可能产生的损伤或开有裂，取得了良好效果，随着加固工程的进展与完成，坡岩体边趋于稳定。

为边坡加固技术设计提供更加有效和符合实际的依据。(收稿日 .0一 1 1)期 20 O— 5 7

() 2船闸闸首和闸末的边坡区段，面形状变化大，坡或者存在断层等地质弱面的边坡区段，声发射事件数明显增加，