隧洞涌水量预测计算方法研究进展

涌水灾害问题广泛存在于隧洞工程的建设之中,它直接关系到施工进度、洞室稳定性及人身安全。目前国内外学者研究出大量的隧洞涌水量预测计算方法,但不同计算方法具有不同的适用条件和优缺点,选取合理的计算方法对于计算结果的准确性至关重要。本文将当前广泛应用的隧洞涌水量预测计算方法分类总结为4种:经验公式法、解析公式法、数值计算法和物理模拟法。经验公式法多来源于大量工程案例的总结,着重于相似地质条件下隧洞涌水量计算;解析公式法则基于严密的理论推导过程,计算过程快速简洁;数值计算法适用于复杂水文地质条件下涌水问题的计算;物理模拟法借助于试验的手段,直观地显现出隧洞的涌水规律。本文对现有计算方法的理论原理、适用条件和优缺点进行了详细的总结,并展望了隧洞涌水问题的未来研究方向。     

基于三维激光扫描技术的复杂三维地质体建模方法

为了解决传统三维地质建模方法对复杂地质条件场地的建模效率低的问题,基于指示克里金法(indicator kriging)实现复杂地质条件下的三维地质模型的快速构建,以及空间中岩性分布的准确表征;通过二次开发,实现复杂地质情况下三维表观模型与数值模型的融合。以围岩分级修正与高地应力隧道岩爆灾害预测为例,开展三维地质模型的属性分析。最后,结合地应力属性模型与开挖计算得到的隧道围岩应力分布情况实现对某隧道岩爆发生区域、等级的工程预测分析。结果表明,该隧道通过硬岩段易发生中等至强烈岩爆。     

隧道涌水量的类型划分及预测方法

根据工程应用的目的不同将隧道的涌水量划分为施工涌水量和长期涌水量,针对涌水量预测方法常常存在使用不当的问题,在全面分析隧道涌水量预测方法的适用条件的基础上,按不同的水文地质条件提出了正确选择隧道涌水量预测方法及其计算参数的建议。     

水底隧道涌水量预测方法的应用分析

讨论了水底隧道涌水的预测计算问题,利用经验法和有限元法对某拟建海底隧道工程方案的涌水量进行了预测计算和对比分析,探讨了竖向和水平走向裂隙发育情况对隧道涌水的影响.结果表明:①与有限元相比,用经验公式计算得到的水底隧道涌水量偏小;②当水底岩层张性裂隙(尤其是竖向裂隙)较发育时,隧道涌水量增长较大;③当隧道临近或穿越断层破碎带时,隧道周边的渗流场具有显著的三维特征;④如果水底隧道上覆地层中没有显著的隔水层,则由于水源无限充足,隧道的涌水量将主要受到水位相对高度和隧道围岩渗透系数的影响,与隧道上覆地层的厚度关系不大.     

基于改进三棱柱模型的复杂地质体3D建模方法

建模方法是三维地质模型及其可视化研究的核心内容。针对连续体终止、错断位移等复杂地质体3D地质建摸的需要，本文对现有的三棱柱数据模型进行了改进，构建了完整的数据结构及其初步的拓扑关系，提出了基于改进三棱柱模型的连续体和不连续体的建摸算法，使其在处理地层尖灭、断层等复杂地质问题时更为灵活、适应面更广。     

矿井涌水量计算的非稳定流解析法

目前矿井涌水量预测普遍存在着评价方法简单、机械套用计算公式、或利用应用软件玩模拟游戏等现象,反而对非常适用的非稳定流解析法重视不够。根据非稳定流解析法公式的基本原理,对其在矿井涌水量预测方面的适用性进行了讨论,并以山西省霍州煤电集团公司某煤矿采区水文地质补充勘查报告矿井涌水量预测为例进行了计算,计算结果表明:非稳定流解析法的雅柯布(近似)公式对于煤层底板突水的矿井涌水量预测,较稳定流解析法和传统的类比外推法在理论上更适用,操作上更灵活;与数值法相比,其又具有较好的直观性。在实践中,该方法计算过程清晰,计算结果可靠,具有推广应用价值。     

基于水文地质概念模型的金铜矿区涌水量预测方法研究

黄屯硫铁矿西部的金铜矿区属于新增资源,为查明西部金铜矿体的开采条件,在对矿区水文地质边界条件进行综合分析的基础上,建立矿区水文地质概念模型,运用比拟法与解析法两种计算方法分别对矿区矿坑涌水量进行了预测,结果表明:两种预测方法得出的结果基本相近.从安全因素考虑,建议将比拟法预测的-340 m中段正常涌水量1001.5 m...     

浅埋煤层回采中顶板含水层涌水量的时空动态预测技术

针对煤层回采工作面顶板涌水量超前预测精度低,预测结果的时间空间概念不清,对生产实际的指导性不强等问题,从煤层回采的时空变化和地下水流演化过程入手,从理论上分析了以大井法、廊道法为代表的解析法预测工作面顶板涌水量存在的主要问题,提出了浅埋煤层回采过程中顶板含水层充水水量由脉动式静储水量释放与渐增式动态补给水量共同组成,并给出了随矿井采掘过程进行的渐进式矿井涌水量时空动态预测方法,不仅计算了全矿井涌水量的大小,也给出了涌水量的时间变化过程和空间分布特征。大大提高了预测结果的精度,对生产有实际指导意义。结合一实际矿井的采掘规划与生产接续计划,引进了新增水量、干扰水量及残余水量的概念,计算预测了矿井2011年-2015年生产过程中矿井涌水量及其动态变化过程。     

基于灰色模型的煤矿涌水量预测研究

孟加拉巴拉普库利亚煤矿位于孟加拉国西北部,为一独立的半断陷冈瓦纳群含煤盆地。该矿主采的Ⅵ煤层为特厚煤层,煤层均厚36m。受矿井水文地质条件等因素影响,目前仅在南翼采区进行开采。根据煤矿Ⅵ煤一分层开采2000-2012年的涌水量实测资料,建立灰色理论模型并进行模型精度检验。在此基础上,利用灰色理论的预测方法,基于Matlab软件编程计算,对2013-2018年的矿井涌水量动态变化进行预测,并将模型预测值与实测资料进行对比。结果表明,所建立的灰色系统模型具有可靠性和适用性,涌水量预测成果可为矿井排水系统的设计提供依据。     

基于BP神经网络的深埋隧洞地应力预测研究

深部地应力的测量一直是工程界难题之一。由于研究手段和测试技术的限制, 深部地应力很难测到, 或者部分数据不理想。本文将BP神经网络方法引入地应力场研究, 选取深度、岩芯密度(天然密度)、岩芯弹模、岩芯的三轴抗压强度(10MPa围压)、岩芯的声发射地应力测值、岩芯裂隙率6个参数作为地应力预测研究的主要指标, 在此模型的基础上对秦岭深埋隧洞地应力测量数据进行了拟合分析, 并对深部的地应力做了预测。结果表明用BP神经网络模型进行深埋隧洞地应力大小的预测是可行的。      

基于网格的三维地质体建模方法研究

在充分研究了水电工程现有数据的基础上,根据水电工程数据的分布特点,提出了基于网格分块的三维地质体建模方法。并根据地表数据和地质数据的不同,分别提出了基于等高线切割的地表数据分块算法以及基于钻孔数据分布特点的地质数据分块算法,进一步利用边界缝合方法解决了分块引起的裂缝问题。在建立好三维地质体模型的基础上,根据网格分块的特点针对性的提出了基于网格分块的快速开挖算法。并分析了网格分块建立的地质模型比传统的地质模型的优势。通过西南某水电枢纽工程实例,检验了网格分块地质体建模的正确性和可行性。     

基于数据处理组合方法的地下水动态预测

本文针对地下水位的周期变化特征，运用数据组合方法对其进行拟合和预测，经实例验证，能够获得极高精度。     

基于ArcGIS ModelBuilder的复杂地质体自动建模方法

与传统的二维（2D）地质绘图技术相比,三维地质建模技术能够更加直观、立体地展现地下岩层的结构和空间分布情况,在工程的规划、设计、施工和风险评估等过程都具有重要的应用价值。针对工程领域的建模对象往往涉及复杂地质体,为实现模型的自动构建,本文提出一种基ArcGIS ModelBuilder的复杂地质体自动建模方法。首先,在ArcGIS平台的支持下,以钻孔数据和地质剖面图为数据源,采用面向对象编程Python语言结合ArcPy包,通过编程实现钻孔数据的自动预处理;其次,组合ArcScan自动矢量化和SkechUp人机交互对地质剖面进行预处理,从中提取出断裂3D矢量线,将它们集中存储于GIS空间数据库;然后,利用ModelBuilder可视化建模工具,通过调用ArcToolbox的文件转换和空间分析工具分别生成地层的三维实体模型和断裂的三维表面模型,从而实现复杂地质体自动建模;进一步,通过矢量化切割、剖面和开挖多边形作为TIN拉伸扩展工具的输入,并结合ArcScene实现模型多种形式的可视化。最后,采用南京仙林地区三维地质调查项目获取的钻孔数据进行了建模实验,建模结果表明:该方法具有准确、快速和自动化的优势,可为大范围、大批量地质建模提供可靠的技术方案。     

基于线框架模型的三维复杂地质体建模方法

提出了一种基于线框架模型的复杂地质体三维建模方法,在准确表达复杂地质体各要素空间几何形态与相互关系的基础上,实现地层交错情况下断层面、地层面模型及复杂地质体模型的准确快速构建.建模实践表明:基于线框架模型的复杂地质体三维建模方法是准确高效的,能适应常见复杂地质条件下三维复杂地质体模型的构建.     

基于三维激光扫描技术的复杂三维地质体建模方法

FLAC3D平台下前处理阶段复杂地质体三维数值计算模型的建立一直是岩土工程数值模拟工作者面临的难题,而三维激光扫描技术在获取复杂物体的精细空间数据的方面具有独特的优势。因此,本文提出以逆向工程为过渡平台实现复杂三维地质体FLAC3D数值模型的构建。利用三维激光扫描技术精细几何数据的获取功能,对复杂三维地质体空间形状几何信息进行提取;利用Geomagic Studio良好的点云数据处理及曲面建模功能,准确地重构了复杂地质体的CAD曲面模型;利用Hypermesh强大的几何处理能力及网格划分能力,将复杂地质体的CAD曲面模型进行实体化和网格化;最后由FLAC3D软件内嵌的Fish语言编制的文件转换为FLAC3D能够识别的文件格式,从而实现了该软件前处理过程中复杂三维地质模型的高效、精准的建立。结合工程实例,对该方法的可行性与仿真效果进行了检验。结果表明该方法具有方便、快捷、合理且实用性强的优点。     

基于线框模型的复杂断层三维建模方法

建立了包含复杂断层面地质体的三维数学模型.为准确表达复杂地质体各要素的空间几何形态及其相互之间的关联关系,设计了线框单元体模型,并提出了整体描述断层面的技术思路,解决了地层交错情况下断层面和地层面的模拟难题;在上述基础上,结合平面地质图数据,实现了复杂地质条件下三维地质体模型的构建.     

基于钻孔数据的含断层地质体三维建模方法

提出了一种构建含断层地质体三维模型的新方法。该方法以广义三棱柱作为建模的基本体元,根据钻孔数据的特点和知识推理规则,进行断层等复杂地质构造的推理和自动建模,避免了不必要的人为干预,扩展了钻孔数据建模的适用范围和表现能力。最后,通过研究实例展示该方法的实际建模效果。      

基于三维地应力测量的岩爆预测问题研究

岩爆预测中常用的动态指标切向应力σθ是与初始地应力场密切联系的。根据开阳磷矿实测三维地应力值和该矿多层岩体赋存的特点,分析了洞室围岩岩性、空间巷道、倾斜层理等因素对σθ的影响。开阳磷三维地应力测试成果表明,埋深浅的砂岩比埋深大的红页岩的垂直地应力值要大近3倍,提出了考虑测点岩性的地应力场区域应用观点和考虑巷道轴向空间性的三维地应力空间分解方法。按上述方法,通过数值模拟研究发现,考虑倾斜层理时发生岩爆的位置主要在右帮底部。这与马路坪矿现场观测的破坏结果较吻合。区域空间分解法的岩爆预测结果比线性拟合回归法更接近实际。     

基于实际材料图的三维断层模型动态构建方法

三维地质模型是地质调查信息表达从传统二维平面向三维空间转变的一次重大突破。中国正在开展的三维地质填图作为国家的重要基础地质调查工作部署,将调查与研究相结合,在推动三维地质建模从研究走向实践具有重大意义。三维地质填图过程中如何准确、快速地构建三维断层模型是其中的关键点及难点。通过对数字填图过程不同阶段数据源的分析,详细分析了实际材料图建立断层数据以及与野外路线数据的关系映射规则,提出并实现了由线及面的断层模型构建方法。该方法强调断层模型构建与业务流程的一致性、动态性和快速性,构建模型的数据源始于野外第一手资料,充分利用填图业务过程中不同阶段数据的关联、约束与继承关系,能够满足在填图过程中根据地质认识的深入快速、动态地重构模型的要求,同时也可根据直观的三维断层模型时时验证地质连图的合理性。算法已在实际野外三维地质填图工作进行了多次实验,获得较好的成果。实验说明,基于实际材料图的三维断层模型构建方法与实际业务过程同步,具有操作便捷性,可直接应用于三维地质填图的实际工作要求。     

基于实际材料图的三维断层模型动态构建方法

三维地质模型是地质调查信息表达从传统二维平面向三维空间转变的一次重大突破。中国正在开展的三维地质填图作为国家的重要基础地质调查工作部署,将调查与研究相结合,在推动三维地质建模从研究走向实践具有重大意义。三维地质填图过程中如何准确、快速地构建三维断层模型是其中的关键点及难点。通过对数字填图过程不同阶段数据源的分析,详细分析了实际材料图建立断层数据以及与野外路线数据的关系映射规则,提出并实现了由线及面的断层模型构建方法。该方法强调断层模型构建与业务流程的一致性、动态性和快速性,构建模型的数据源始于野外第一手资料,充分利用填图业务过程中不同阶段数据的关联、约束与继承关系,能够满足在填图过程中根据地质认识的深入快速、动态地重构模型的要求,同时也可根据直观的三维断层模型时时验证地质连图的合理性。算法已在实际野外三维地质填图工作进行了多次实验,获得较好的成果。实验说明,基于实际材料图的三维断层模型构建方法与实际业务过程同步,具有操作便捷性,可直接应用于三维地质填图的实际工作要求。