隧道围岩断面轮廓分维数与岩体质量关系

隧道的超欠挖对衬砌结构稳定性有较大影响,研究超欠挖规律,对于了解围岩受力、保证施工安全具有重要意义.根据隧道断面轮廓超欠挖序列的统计自相似性,结合小波分析的多分辨率功能,采用小波分析计算分形维数的方法,对白鹤隧道47个断面轮廓进行分维数计算.断面轮廓分维数与岩体RMR和Q呈线性关系,随着RMR和lnQ的提高,断面轮廓分形维数将降低.断面轮廓分形维和隧道的围岩分类以及超挖百分比存在复线性相关关系.     

隧道超欠挖断面轮廓分形特征

对于极不规则的隧道围岩超欠挖轮廓,分形几何无疑是一个新思路。在测量数据的基础上,应用分形几何来定量描述围岩超欠挖轮廓线,表明隧道各类围岩的超欠挖曲线具有自相似性。在此基础上,进一步分析了各类围岩超欠挖曲线的分形维数与围岩类别之间的关系。研究表明,隧道围岩超欠挖曲线分形维数能较为直观地反映围岩类别,但其并不随着围岩类别的变化而呈线性变化;对于洞径一定的隧道,围岩超欠挖曲线的分形维数更能反映岩体结构和洞轴线之间的关系,这为准确预测掌子面前方围岩超欠挖情况奠定了理论基础。     

隧道围岩断面轮廓分维数的小波分析算法及应用

隧道的超欠挖对衬砌结构稳定性影响较大,研究其规律,对于掌握围岩受力,确保施工安全,具有深远意义.隧道断面轮廓超欠挖序列具有统计自相似性,根据小波分析的多分辨率的特点,本文给出了利用小波理论估计分维数的方法.选定恰当的小波函数和分解层数,对隧道围岩断面的整体轮廓、拱顶和边墙的超欠挖序列分别进分形维数的小波分析估算,结果安...     

隧道围岩超欠挖与节理和洞轴线之间的关系

从分形几何角度分析,隧道围岩超欠挖具有自相似性,对于一定洞径的隧道,隧道围岩超欠挖曲线分形维数是岩体结构和洞轴线的函数。对于主要发育一组陡倾节理的情况研究表明,隧道围岩超欠挖曲线分形维数与节理间距呈双对数线性关系,与节理走向和洞轴线的夹角呈双对数线性关系,并建立了它们之间的多元关系。     

隧洞围岩分类与洞径和超欠挖之间的关系研究

岩体的地质结构特征是影响隧洞围岩超欠挖的主要因素,正确评价岩体的质量,对岩体进行分类,并研究岩体质量与隧洞超欠挖之间的关系对分析和预测隧洞超欠挖具有重要的意义。对隧洞围岩的RMR分类和Q分类与超欠挖之间的关系进行了详细研究,研究了在同类岩体条件下不同开挖洞径与隧洞超欠挖之间的关系,并由此建立了RMR分类和Q分类之间的关系,得出围岩的RMR分类和Q分类与隧洞超欠挖呈线性关系和对数线性关系,根据超欠挖建立起来的RMR分类和Q分类之间的关系比较符合工程实际。最后研究了超欠挖与围岩分类及洞径之间的复相关关系。     

隧洞边界超欠挖的摄动法解析分析

钻爆法施工常造成隧道边界不平整,隧道分析模型一般将开挖界面光滑处理,忽略了边界不平整对围岩应力的扰动作用。将隧道超欠挖值当作中心偏量小参数,利用摄动法得到了静水压力下圆形隧道的弹性应力解。计算分析表明:超欠挖改变了隧道洞壁附近围岩的应力状态,围岩应力随超欠开挖曲线呈波浪状变化,应力变化量与超欠挖曲线幅值及曲线斜率有关;环向应力变化最大值在洞壁处,其应力集中系数分别在超挖及欠挖顶点达到局部极大与极小值,径向应力变化最大值靠近洞壁表面,切应力变化最大值位于超挖与欠挖表面相交处;扰动应力在径向衰减较快,影响范围约为1~2倍的隧道半径。     

图像处理技术在隧洞超欠挖评价中的应用

图像处理技术在隧洞超欠挖评价中的应用是该技术在地质及岩土工程领域的新尝试。通过对野外摄取的隧洞图像进行一系列的处理得到隧洞的基本形状,然后与隧洞的设计形状对比分析,即可得到隧洞在该断面上的超欠挖方量,然后对其他断面采用同样的技术就可评价某一段或整个隧洞的超欠挖数量,这样就从定量的角度解决了以往工程中难以解决的超欠挖评价问题,为工程超欠挖的判断与决策提供合理依据。最后通过一实例对某一隧洞的超欠挖方量进行评价。     

基于岩体结构面分布分形维的岩体质量评价

尽管岩体结构面具有空间上的不规则性和结构网络上的复杂性,但由于它又具有自相似的特征,可以运用分形理论来对其进行研究。运用盒计维数法对某矿山巷道围岩体结构面分布的分维数进行计算,验证了岩体结构面分布的分形特征。通过对岩体结构面分布分形维值分布规律的分析发现,分形维数越大、结构面分布越密集,结构面迹线越长,岩体质量越差,表明可将岩体结构面分布的分形维作为岩体质量评价的指标。将计算所得的岩体结构面分布的分维数与按工程岩体分级标准对相应岩体分级所得的岩体质量等级进行对比,提出了一个以岩体结构面分布的分形维作为分级指标的岩体质量评价方案。     

公路隧道超欠挖的成因与控制

通过对隧道超欠挖数据进行统计分析，归纳出影响隧道超欠挖的5个主要因素，并论述了减小隧道超欠挖的方法。     

基于图像分割的煤岩割理CT图像各向异性特征

利用工业CT对自然煤岩样进行断层扫描观测。针对煤岩裂隙系统的多尺度、各向异性特征,应用Canny算子图像分割与方向性边缘检测技术,提取煤岩CT图像割理的总体特征、水平方向和垂直方向特征;根据特征图像计算了煤岩样的总体分形维数、孔隙度,各向异性分形维数与孔隙度及其在三维空间中的分布;讨论了分形维数与孔隙度、渗透率之间的关系,并根据煤岩样的分形维数、孔隙度对实际工程岩体的孔隙度和渗透率进行了外推计算。研究表明,煤岩样不同扫描断面的分形维数和孔隙度不同,同一煤样同一断面不同方向的分形维数与孔隙度亦不相同。利用图像分割与边缘检测对工业CT图像进行分析,可以对煤岩的各向异性分形维数与孔隙度在2D与3D空间进行精细描述。      

基于ANP-KL-TOPSIS法的铁路隧道围岩安全性评价

为客观评价隧道围岩安全状态,结合围岩岩体结构及地质特征等影响因素,建立隧道围岩安全评价指标体系。用ANP法应用Super Decision软件建立指标因素关联图并计算出各指标权重。在传统TOPSIS法的基础上结合相对熵原理,用Kull-back-Leibler距离计算贴近度,构建隧道围岩安全评价模型。运用该模型对张吉怀铁路兰新乡隧道进口段七处隧道段的围岩进行安全性评价,得出各隧道段围岩安全等级,评价结果切合实际,对隧道施工有一定的指导意义。该评价模型简单可操作,可运用于隧道围岩安全性评价研究中。     

Optimization Methods of Blasting Parameters of Large Cross-Section Tunnel in Horizontal Layered Rock Mass

For large cross-section tunnel in horizontal layered rock mass, blasting excavation often causes serious overbreak and underbreak. In this study, blasting excavation tests of tunnel upper face were conducted, blast-induced excavation damage and the influence mechanisms of weak beddings and joints were analyzed based on the Panlongshan tunnel. In order to achieve fine excavation, the cut mode of “center holes and four-wedge cutting holes”, the blasthole pattern of “empty holes, long holes, short holes and additional relief holes”, the maximum single-hole charge and the air-deck charge structure were proposed. Compared with the damage characteristics, overbreak and underbreak, and deformations of surrounding rock before and after optimization, the latter was better in tunnel contour formation and surrounding rock stability. The results show that after optimization, the large-area separation of vault rock mass is solved, the step-like overbreak of spandrel rock mass is reduced and the large-size rock block and underbreak are avoided. The maximum linear overbreak of vault, spandrel, and haunch surrounding rock is decreased by 42.3%, 53.7% and 45.1%, respectively. The underbreak at the bottom of the upper face is reduced from ??111.5 to ??16.5 cm. The average overbreak area is decreased by 61.1%. The surrounding rock displacement after optimization finally converges to the smaller value. The arch crown settlement and the horizontal convergence of haunch are reduced by about 21.6% and 18.3%, respectively. Furthermore, from the completion of blasting excavation to the stabilization of surrounding rock, it takes less time by using the optimized blasting scheme.

     

节理岩体损伤变量确定的分形方法

针对节理岩体损伤张量采用统计概率模型确定存在问题,首先建立了岩体结构分维与波速的关系方程,验证了采用分维数进行岩体质量评价的可行性,然后提出了采用室内岩块波速值与岩体结构分维确定节理岩体损伤变量的分形方法。     

金丽温高速公路连拱隧道超挖预测及原因分析

通过对金丽温高速公路连拱隧道的地质特征进行现场调查,经分析得出隧道区岩体结构面的特征参数,利用分析出的结构面特征参数值,结合隧道超挖预测中的神经网络理论及结构面网络模拟理论,对连拱隧道的超挖情况进行预测。从分析结果看,超挖问题在连拱隧道的施工过程中不可避免,其产生部位主要集中在中导洞与隧道的连接部位,通过预测得出的结果与现场开挖情况进行对比分析说明,隧道的超挖预测理论预测结果与实际有较好的一致性,文中最后针对隧道的特点,分析了产生超挖的基本原因,为确保隧道开挖过程中减少超挖提供依据。     

Overbreak and underbreak in underground openings Part 1: measurement using the light sectioning method and digital image processing

Summary Quick, simple, reliable, and inexpensive measurements of overbreak and underbreak are needed for proper evaluation of tunnelling by the drill and blast method. Problems causing rock damage can be identified and remedied while the work is still in progress. The measurements are also useful in identifying causes of overbreak and overbreak, and in helping to settle contractual disputes relating to payment for replacement concrete and secondary blasting of tights (zones of underbreak). A newly developed method to measure underbreak and overbreak is presented here. The light sectioning method (LSM) uses a radial sheet of light to define the tunnel profile. An image of the final tunnel profile is acquired and digitized, using digital image analysis. This profile is superimposed over the design profile, and from this zones of overbreak and underbreak are identified, quantified, and presented graphically.