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深长隧道溶洞突涌水机理与灾害前兆实时监测方法

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摘要

第一章:绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 研究现状

1.2.1 岩溶及溶洞赋存规律方面

1.2.2 溶洞水源补给及补给通道方面

1.2.3 溶洞突涌水灾害实时监测方面

1.3 研究内容、创新点与技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 创新点

1.3.3 技术路线

第二章:突涌水灾害源孕灾模式及其隔水阻泥结构破坏模式

2.1 充填型溶洞赋存规律

2.1.1 溶洞赋存地质条件

2.1.2 地下水动力系统及充填规律

2.2 充填型溶洞孕灾模式

2.2.1 揭露即时型

2.2.2 强充填滞后型

2.2.2 弱充填间歇型

2.3 充填型溶洞孕灾性识别

2.3.1 充填型溶洞致灾前兆特征

2.3.2 识别指标及分级标准

2.4 隔水阻泥结构及破坏模式

2.4.1 隔水岩体结构破坏突水

2.4.2 充填型结构渗透失稳突水

2.4.3 复合式

2.5 本章小结

第三章:充水溶洞主补给通道识别与定位

3.1 溶洞主补给通道识别与定位的意义

3.2 主补给通道定位与识别三维试验方案设计

3.2.1 试验整体框架设计

3.2.2 试验参数设计

3.2.3 传感器布设方案

3.3 主补给通道定位与识别三维试验体制作

3.3.1 隔震系统

3.3.2 试验体搭建

3.3.3 水源补给系统与排水系统

3.3.4 监测系统与传感器布置

3.4 试验过程与结果分析

3.4.1 试验过程

3.4.2 试验数据处理

3.4.3 主补给通道识别与定位的可行性分析

3.5 本章小结

第四章:隔水岩体结构破坏突水前兆信息演化模式与识别

4.1 隔水岩体结构破坏突水数值模拟

4.1.1 工程背景

4.1.2 计算模型与参数

4.1.3 计算与开挖

4.2 突水前兆信息演化规律

4.2.1 应力场演化规律

4.2.2 位移场演化规律

4.2.3 孔隙水压力演化规律

4.3 前兆信息融合分析

4.3.1 数据的归一化处理

4.3.2 多元信息突变分析

4.3.3 突水前兆信息匹配模式

4.4 本章小结

第五章:隔水岩体结构破坏突水实时监测方法

5.1 隔水岩体结构破坏突水前兆多元信息特征

5.2 微震监测的原理

5.2.1 应力诱发微震事件原理

5.2.2 隔水岩体破裂突水诱发微震事件原理

5.2.3 突水与岩爆微震监测原理的区别

5.3 隔水岩体结构破坏突水专用微震监测仪的研发思路

5.3.1 研发内容

5.3.2 研发技术要求

5.3.3 软硬件的改进

5.4 隔水岩体结构破坏突水实时监测

5.4.1 监测布置区域设计

5.4.2 监测仪器选择

5.4.3 监测布设方案

5.5 本章小结

第六章:工程应用

6.1 工程概况

6.1.1 区域地质概况

6.1.2 构造和水文特征

6.1.3 隧道突水类型划分

6.2 监测系统的建立与数据的采集处理

6.2.1 监测系统的建立

6.2.2 数据的采集与处理

6.3 本章小结

第七章:结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

在读期间参与的科研项目

在读期间发表的论文

在读期间申请的专利

在读期间获得的奖励

致谢

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摘要

本文以充填溶洞为主要研究对象,通过理论分析、模型试验、数值模拟和现场试验相结合的手段,探讨了深长隧道溶洞突涌水机理与实时监测方法。对实际工程中突水案例进行突水模式分析和实时监测,验证了本文理论体系的实用性,取得了一些有益的结论。
  (1)结合国内外充填型溶洞突水突泥相关研究资料,总结了充填型溶洞赋存规律。依据致灾条件的不同,提出了揭露即时型、强充填滞后型和弱充填间歇型三种孕灾模式。从地质、地球物理场、实时监测三方面的分析充填型溶洞的孕灾前兆信息,遴选了易于获取和分析的9项孕灾性识别指标,从调查、预报和监测等多种手段对充填型溶洞孕灾性进行分级,提出了相应的分级标准。按隔水阻泥结构类型划分了隔水岩体结构破坏突水、充填型结构渗透失稳突水和复合式三种突水类型。
  (2)研制了主补给通道识别与定位三维试验平台,研发了地表径流水源模拟系统和补给管道预埋方法,实现了多种形态、不同水压、水流量下补给通道的模拟,为主补给通道识别与定位研究提供了技术支撑。通过对监测结果的分析,验证了突水灾害补给源补给通道识别与定位的可行性。
  (3)依托湖北省保宜高速公路尚家湾隧道突涌水案例,建立揭露溶洞的计算模型,溶洞简化为球体,模型导入FLAC3D进行模拟开挖和平衡求解。全面分析了溶洞突水前隧道及溶洞周边围岩的位移场、应力场、渗流场的演化规律,并且通过数据的归一化处理,对多元信息进行灾变分析,提出了隔水岩体破裂突水前兆信息的匹配模式。
  (4)将微震监测引入到隧道突水监测中,并将微震监测作为隧道突水实时监测的主要手段。研发了一套隔水岩体破裂突水专用微震监测设备,提出了一种隔水岩体结构破坏突水实时监测方案,即以全局微震监测为主,融合深孔位移、渗流信息和体外常规信息监测的综合监测方案,可以实现突水通道定位、突水时间预警、破坏能级预测等三大功能。

著录项

  • 作者

    陈迪杨;

  • 作者单位

    山东大学;

  • 授予单位 山东大学;
  • 学科 建筑与土木工程(岩土)
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 李利平;
  • 年度 2016
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 U456.32;
  • 关键词

    隧道溶洞; 突涌水机理; 灾害监测;

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