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大相嶺隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)研究

發(fā)布時(shí)間：2009-11-25 點(diǎn)擊次數(shù)：次

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       塌方是隧道施工過(guò)程中最為常見(jiàn)的典型災(zāi)害之一，按其成因可分為塊體塌方西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文和軟巖塌方。塊體塌方的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)需要借助塊體理論加以解決，通過(guò)找出巖體工程各開(kāi)挖部位的所有可動(dòng)塊體后，判別各可動(dòng)塊體的運(yùn)動(dòng)形式，碩士研究生畢業(yè)計(jì)算各可動(dòng)塊體的支護(hù)力，從而找出巖體工程各開(kāi)挖部位對(duì)工程穩(wěn)定性構(gòu)成威脅的關(guān)鍵塊體。目前應(yīng)用較廣泛的是由石根華提出的塊體理論和赤平極射投影作圖方法，從而標(biāo)志著塊體理論作為巖體工程分析的一種方法已得到公認(rèn)。根據(jù)其理論及其編制的相應(yīng)計(jì)算程序，地址工程碩士論文不但可以預(yù)測(cè)出塊體的幾何形狀、出露的部位、體積大小等，還可計(jì)算出各塊體的穩(wěn)定性。在預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)中，通過(guò)對(duì)某一洞段的結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)從而確定出優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面，根據(jù)優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面對(duì)該段的塊體塌方作出宏觀和長(zhǎng)距離意義上的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào);根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察到的具體的一些節(jié)理，可以對(duì)塊體塌方作出短距意義上的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。林德璋(.1987)提出了另一種塊體分析方法，該方法在確定塊體的集合參數(shù)時(shí)采用代數(shù)拓?fù)鋵W(xué)同調(diào)論的方法，考慮了塊體的傾倒旋轉(zhuǎn)，采用樹(shù)狀結(jié)構(gòu)確定第一塊脫落后的后續(xù)運(yùn)動(dòng)的塊體。軟巖塌方，則往往與軟弱圍巖及斷層破碎帶相關(guān)，其發(fā)生的內(nèi)因是圍巖軟弱破碎、強(qiáng)度低、自穩(wěn)能力差，外因則是施工不當(dāng)、支護(hù)不力、對(duì)圍巖愛(ài)護(hù)不夠等�？傮w上，碩士研究生可以通過(guò)地質(zhì)分析、工程類比、監(jiān)控量測(cè)等方法或綜合各種方法來(lái)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)隧道施工中的軟巖塌方。

       隨著石根華和Goodman塊體理論的發(fā)展，碩士研究生許多人根據(jù)計(jì)算機(jī)技術(shù)，把三位網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和塊體理論相結(jié)合，來(lái)對(duì)隧道圍巖及掌子面進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，達(dá)到了良好的效果，為超前預(yù)報(bào)工作提供了極大的方便。

       突水突泥屬于隧道施工中遇到的流體類地質(zhì)災(zāi)害類型之一，最早的碩士研究生突水預(yù)測(cè)是從定性開(kāi)始的，通過(guò)查明隧道含水巖層中地下水的分布及賦存規(guī)律，分析隧道開(kāi)挖區(qū)的水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件，依據(jù)鉆探、物探、水化學(xué)及同位素分析、水文測(cè)定等手段，確定地下水的富集帶或富集區(qū)，以及斷裂構(gòu)造帶、裂隙密集帶等可能的地下水涌水通道，并且用均衡法估計(jì)隧道涌水量的大小。隨著技術(shù)水平和施工要求的提高，基于定性分析的隧道涌水量預(yù)測(cè)研究發(fā)展成為隧道涌水的定量評(píng)價(jià)和計(jì)算，主要體現(xiàn)在隧道涌水位置的確定和涌水量預(yù)測(cè)兩方面。國(guó)外已有許多學(xué)者根據(jù)地下水動(dòng)力學(xué)中以裘布依公式(1875)為代表的穩(wěn)定流理論和以泰斯公式(1935)為代表的非穩(wěn)定流理論，提出了許多隧道涌水量預(yù)測(cè)的經(jīng)驗(yàn)量化公式，比較常見(jiàn)的有:日本的左藤邦明公式、落合敏朗公式;前蘇聯(lián)的科斯嘉可夫(A.H.Koc儀KoB)公式、吉林斯基(H.K.幾pHHc二旬公式、福希默首次利用解析法解出了地下水流問(wèn)題西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第6頁(yè)的一系列解析解‘’7，，50年代后期，日本學(xué)者高橋彥治碩士畢業(yè)研究生(在修建北陸隧道中)，地質(zhì)研究碩士論文首次提出了簡(jiǎn)便的涌水量計(jì)算方法。此后，許多學(xué)者在涌水的室內(nèi)模擬和涌水量的計(jì)算方法方面進(jìn)行了大量的研究工作。從60年代后期開(kāi)始，日本學(xué)者伊騰洋、佐邦明等利用室內(nèi)滲流槽對(duì)水下隧道的涌水量預(yù)測(cè)問(wèn)題進(jìn)行了模擬試驗(yàn)研究;80年代初，NoorishadNoorishad等對(duì)非連續(xù)節(jié)理巖體滲流與應(yīng)力禍合進(jìn)了分析，提出了以節(jié)理元為基礎(chǔ)的有限元法;Killsall等研究了地下洞室開(kāi)挖后圍巖滲透系數(shù)的變化，提出了滲透系數(shù)與應(yīng)力的關(guān)系;1985年，Bart。n對(duì)工程巖體地下水滲流場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)與溫度場(chǎng)之間的禍合作用進(jìn)行了初步的探討性研究，但只是針對(duì)工程巖體的穩(wěn)定性和凍土地區(qū)隧道涌水問(wèn)題進(jìn)行了個(gè)別應(yīng)碩士研究生1986年oda運(yùn)用滲透率張量和應(yīng)力張量法，提出了巖體滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)藕合分析的等效連續(xù)介質(zhì)模型;1995年，美國(guó) Heuer根據(jù)鉆孔水壓力試驗(yàn)結(jié)果，運(yùn)用半經(jīng)驗(yàn)方法預(yù)測(cè)隧道涌水量。

       目前，在我國(guó)隧道涌水方面所用的模型基本上可以分為:非確定性統(tǒng)計(jì)模型、
定性數(shù)學(xué)和隨機(jī)數(shù)學(xué)模型三大類。主要研究是從90年代開(kāi)始的，例如黃濤、楊立中提出了滲流與應(yīng)力藕合環(huán)境下以及滲流場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)與溫度場(chǎng)藕合環(huán)境下，裂隙圍巖特長(zhǎng)大埋深隧道涌水量預(yù)測(cè)計(jì)算的確定性數(shù)學(xué)模型。進(jìn)入21世紀(jì)后，劉高等通過(guò)對(duì)巖溶山區(qū)深埋長(zhǎng)大隧道涌突水條件及影響因素的分析，指出
各種破碎帶(特別是斷裂破碎帶)更是隧道涌突水最常見(jiàn)的出現(xiàn)部位，其涌突具有突然性和水量大的特征;白明洲等探討了巖溶形成條件綜合判識(shí)、碩士畢業(yè)研究生水平探與探地雷達(dá)相結(jié)合而進(jìn)行巖溶隧道突水突泥災(zāi)害超前預(yù)報(bào)的方法等。隨著鄧聚龍1982年灰色系統(tǒng)理論的創(chuàng)立，為突水突泥的預(yù)測(cè)提供了新的研究基礎(chǔ)，在水文地質(zhì)界內(nèi)人把灰色系統(tǒng)理論在隧道涌水量預(yù)報(bào)方面的應(yīng)用作了一些嘗試，并且取得了令人滿意的成，例如鄭黎明根據(jù)灰色理論、數(shù)量理論和虛擬變量多元回歸方法，提出了一套以隧道水文地質(zhì)條件為變量，以水等級(jí)、涌水量為預(yù)測(cè)指標(biāo)的隨機(jī)性數(shù)學(xué)模型方法;李興高劉維寧張的青等以大瑤山隧道涌水量的實(shí)測(cè)數(shù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用隨機(jī)過(guò)程的理論和方法，建立了畢業(yè)隧道滲涌水量的平穩(wěn)序列預(yù)測(cè)模型，并將預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比;劉月一、李啟彬運(yùn)用模糊聚類方法預(yù)測(cè)秦嶺特長(zhǎng)隧道線涌水量，并提出了影響隧道涌水量的主要因素及其量化公式。

       無(wú)論采用何種預(yù)測(cè)模型、什么預(yù)測(cè)方法，圍巖滲透特性都是涌水量、涌水水頭壓力計(jì)算中必須采用或考慮的關(guān)鍵性水文地質(zhì)參數(shù)。在某種程度上可以說(shuō)，碩士研究生畢業(yè)蘆論文如果查明了圍巖滲透性的空間分布，涌水預(yù)測(cè)的問(wèn)題也就基本解決了。確定圍西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文巖滲透性參數(shù)最常見(jiàn)、最保守的方法是抽水或壓水試驗(yàn)，但這些方法主要適合于埋深不大(如500m以內(nèi))的隧道。在世界各國(guó)已建成的近50座特長(zhǎng)鐵路(越嶺)隧道中，絕大多數(shù)的最大埋深都超過(guò)了SO0m，最大的已接近3000m，在這類隧道的勘測(cè)設(shè)計(jì)中，完全依靠水文地質(zhì)試驗(yàn)的方法來(lái)確定參數(shù)是困難的。
迄今為止，學(xué)術(shù)界對(duì)巖爆的定義還未形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。概括起來(lái)，有以下兩

       種觀點(diǎn):一種認(rèn)為只要巖體破壞時(shí)有聲響，產(chǎn)生片幫、爆裂剝落甚至彈射等現(xiàn)象，有新鮮破裂面即可稱為巖爆;另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為只有產(chǎn)生彈射、拋擲性破壞者才能稱為巖爆。王蘭生教授等從巖爆的力學(xué)機(jī)制出發(fā)，將巖爆定義為:碩士地下銅室內(nèi)處在高地應(yīng)力條件下的圍巖，在開(kāi)挖過(guò)程中，因開(kāi)挖卸荷引起周邊圍巖產(chǎn)生應(yīng)力分異，造成巖石內(nèi)部破裂和彈性應(yīng)變能突然釋放引起的爆裂松脫、剝離、彈射乃至拋擲性破壞現(xiàn)象，統(tǒng)稱為巖爆。

       目前巖爆預(yù)測(cè)法有許多種，可歸為兩大類:一類是理論法，它是基于巖爆機(jī)理模型的預(yù)測(cè)方法(也是目前常用的預(yù)測(cè)方一法)，主要有應(yīng)力判據(jù)法、能量判據(jù)法、沖擊傾向性判據(jù)法等，以及將多種巖爆影響因素綜合考慮的綜合評(píng)判法。另一類是實(shí)測(cè)法，它是借助一些必要的儀器，土木工程碩士論文對(duì)地下工程的現(xiàn)場(chǎng)或巖體直接進(jìn)行監(jiān)測(cè)或測(cè)試，來(lái)判別是否有發(fā)生巖爆的可能，研究生如微重力法、流變法、微震法(或聲發(fā)射法)、光彈法、鉆屑量法、電阻法和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定法等。單最常用的主要下幾種方法:

       (1)利用某種特殊的地質(zhì)現(xiàn)象定性地預(yù)測(cè)巖爆。鉆孔巖芯餅裂現(xiàn)象;現(xiàn)場(chǎng)大剪試驗(yàn)或表面應(yīng)力解除時(shí)，巖體四周被解除后，底部會(huì)自動(dòng)斷裂，甚至?xí)�被彈起，并伴有斷裂聲�?應(yīng)力一應(yīng)變曲線異常等。

       (2)呱判據(jù)法。國(guó)內(nèi)外學(xué)者多將有限元計(jì)算的開(kāi)挖斷面切向應(yīng)力和巖石單軸抗壓強(qiáng)度之比值作為巖爆判據(jù)。

       (3)彈性應(yīng)變能指數(shù)(Wet)判據(jù)法。波蘭學(xué)者Kidybinski提出，巖石單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)將試件加載到 (0.7一。 .8)R、，然后再卸載到0.05R，卸載所釋放的彈性應(yīng)變能和耗損的彈性應(yīng)變能之比值，定義為巖爆傾向性指數(shù)(Wet)，用于判定巖爆。

       (4)巖爆臨界深度法。侯發(fā)亮教授認(rèn)為，研究生碩士巖爆雖多發(fā)生在水平構(gòu)造應(yīng)力較大的地區(qū)，但如果洞室埋深較大，即使沒(méi)有構(gòu)造應(yīng)力，由于上覆巖體重力效應(yīng)，洞室圍巖也可能發(fā)生巖爆。同時(shí)，他還推導(dǎo)出了僅考慮上覆巖體自重情況下巖西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)論文爆發(fā)生最小埋深，即巖爆臨界深度的計(jì)算公式。

       (5)聲發(fā)射現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)法。根據(jù)李強(qiáng)和Langstaff的研究結(jié)論，無(wú)論是
室內(nèi)試驗(yàn)成果，還是現(xiàn)場(chǎng)初步監(jiān)測(cè)成果，都表明聲發(fā)射信號(hào)急劇增加都超前石的變形破壞。據(jù)此，可將巖體聲發(fā)射技術(shù)推廣到巖爆監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中。該方法目前尚處于試驗(yàn)階段。

       (6)電磁幅射監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)法。該方法是依據(jù)完整巖煤體壓縮變形破壞過(guò)程中，彈性范圍內(nèi)不產(chǎn)生電磁輻射，峰值強(qiáng)度附近時(shí)電磁輻射最強(qiáng)烈，碩士研究生畢業(yè)以后軟化后又無(wú)電磁輻射這一原理，用特制的儀器，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)巖煤體變形過(guò)程中發(fā)出的電磁輻射“脈沖”信號(hào)，，通過(guò)數(shù)據(jù)處理和分析研究，來(lái)預(yù)報(bào)巖煤爆。目前該方法要應(yīng)用在煤爆監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)領(lǐng)域。

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