深长隧道溶洞突涌水机理与灾害前兆实时监测方法

发布时间：2017-06-27 10:07

  本文关键词：深长隧道溶洞突涌水机理与灾害前兆实时监测方法，由笔耕文化传播整理发布。

【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。
【关键词】：充填溶洞 破坏模式 补给通道 数值计算 监测方法 工程应用
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U456.32
【目录】：

• 摘要10-11
• ABSTRACT11-13
• 第一章：绪论13-19
• 1.1 研究背景与意义13-14
• 1.2 研究现状14-16
• 1.2.1 岩溶及溶洞赋存规律方面14-15
• 1.2.2 溶洞水源补给及补给通道方面15
• 1.2.3 溶洞突涌水灾害实时监测方面15-16
• 1.3 研究内容、创新点与技术路线16-19
• 1.3.1 研究内容16-17
• 1.3.2 创新点17
• 1.3.3 技术路线17-19
• 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19-31
• 2.1 充填型溶洞赋存规律19-21
• 2.1.1 溶洞赋存地质条件19-20
• 2.1.2 地下水动力系统及充填规律20-21
• 2.2 充填型溶洞孕灾模式21-25
• 2.2.1 揭露即时型22-23
• 2.2.2 强充填滞后型23-24
• 2.2.3 弱充填间歇型24-25
• 2.3 充填型溶洞孕灾性识别25-28
• 2.3.1 充填型溶洞致灾前兆特征25-27
• 2.3.2 识别指标及分级标准27-28
• 2.4 隔水阻泥结构及破坏模式28-30
• 2.4.1 隔水岩体结构破坏突水28-29
• 2.4.2 充填型结构渗透失稳突水29-30
• 2.4.3 复合式30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章：充水溶洞主补给通道识别与定位31-53
• 3.1 溶洞主补给通道识别与定位的意义31-32
• 3.2 主补给通道定位与识别三维模型试验方案设计32-35
• 3.2.1 试验整体框架设计32
• 3.2.2 试验参数设计32-34
• 3.2.3 传感器布设方案34-35
• 3.3 主补给通道定位与识别三维模型试验体制作35-46
• 3.3.1 隔震系统35-36
• 3.3.2 模型体搭建36-41
• 3.3.3 水源补给系统与排水系统41-43
• 3.3.4 监测系统与传感器布置43-46
• 3.4 试验过程与结果分析46-51
• 3.4.1 试验过程46-49
• 3.4.2 试验数据处理49-51
• 3.4.3 主补给通道识别与定位的可行性分析51
• 3.5 本章小结51-53
• 第四章：隔水岩体结构破坏突水前兆信息演化模式与识别53-67
• 4.1 隔水岩体结构破坏突水数值模拟53-57
• 4.1.1 工程背景53-54
• 4.1.2 计算模型与参数54-56
• 4.1.3 计算与开挖56-57
• 4.2 突水前兆信息演化规律57-61
• 4.2.1 应力场演化规律58-59
• 4.2.2 位移场演化规律59
• 4.2.3 孔隙水压力演化规律59-61
• 4.3 前兆信息融合分析61-65
• 4.3.1 数据的归一化处理61
• 4.3.2 多元信息突变分析61-65
• 4.3.3 突水前兆信息匹配模式65
• 4.4 本章小结65-67
• 第五章：隔水岩体结构破坏突水实时监测方法67-75
• 5.1 隔水岩体结构破坏突水前兆多元信息特征67
• 5.2 微震监测的原理67-69
• 5.2.1 应力诱发微震事件原理67
• 5.2.2 隔水岩体破裂突水诱发微震事件原理67-68
• 5.2.3 突水与岩爆微震监测原理的区别68-69
• 5.3 隔水岩体结构破坏突水专用微震监测仪的研发思路69-71
• 5.3.1 研发内容69-70
• 5.3.2 研发技术要求70
• 5.3.3 软硬件的改进70-71
• 5.4 隔水岩体结构破坏突水实时监测71-74
• 5.4.1 监测布置区域设计71-72
• 5.4.2 监测仪器选择72-73
• 5.4.3 监测布设方案73-74
• 5.5 本章小结74-75
• 第六章：工程应用75-85
• 6.1 工程概况75
• 6.1.1 区域地质概况75
• 6.1.2 构造和水文特征75
• 6.1.3 隧道突涌水类型划分75
• 6.2 监测系统的建立与数据的采集处理75-84
• 6.2.1 监测系统的建立75-79
• 6.2.2 数据的采集与处理79-84
• 6.3 本章小结84-85
• 第七章：结论与展望85-89
• 7.1 结论85-86
• 7.2 展望86-89
• 参考文献89-93
• 在读期间参与的科研项目93
• 在读期间发表的论文93-94
• 在读期间申请的专利94
• 在读期间获得的奖励94-95
• 致谢95-97
• 附件97

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