江边水电站引水隧洞岩爆预测与控制研究

论文摘要

在近一个世纪的研究过程中,不同学者从岩爆形成机理出发,提出了各种各样的理论和研究方法。岩爆的发生机理十分复杂,影响因素众多,目前任何一种单纯的理论都不足以对岩爆的发生机理作出全面的解释。岩爆的发生同工程实际地质情况密切相关,所以针对不同的工程应该选择使用适合工程实际的理论和研究方法。本文以江边水电站引水隧洞为研究对象,在前人研究成果的基础上,采用现场调研、室内试验、数值分析、数学评价相结合的系统分析方法,进行岩爆预测与防治研究。1、通过区域地质资料收集和现场地质考察,总结出地应力条件是引水隧洞区域岩爆的控制因素,通过对岩爆影响因素、理论判据和现场岩爆发生情况的对比,判断理论判据的适用性。2、利用室内和现场试验,确定隧道典型断面附近岩样的相关力学参数,主要包括：单轴压缩下岩样的破坏形式、岩样的弹性应变能指数和岩体完整性系数,通过试验证明了引水隧洞围岩岩性硬脆,具有较强的岩爆倾向。3、结合前期勘测资料和现场地应力测量获得的相关数据,利用ANSYS和flac3D建立研究区域的三维数值计算模型,通过径向基神(RBF)经网络进行研究区域的初始地应力反演,得到了研究区域的初始地应力场数据；通过数值计算得到了引水隧洞开挖的二次应力场分布规律。4、鉴于单因素判据岩爆预测的局限性,采用基于可拓学的岩爆预测综合评判模型,对引水隧洞沿线典型洞段的岩爆发生情况和岩爆烈度进行综合岩爆预测,得到了典型断面的岩爆烈度；采用基于RBF神经网络的岩爆概率预测模型,对引水隧洞沿线典型断面附近洞段进行岩爆发生概率预测,预测结果与岩爆实际情况较为符合。5.利用典型断面的岩爆预测结果,提出对应的支护方案,指导施工。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题目的和研究意义
• 1.2 工程概况
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 岩爆的定义
• 1.3.2 岩爆的分类和烈度分级
• 1.3.3 岩爆发生的机理
• 1.3.4 岩爆的发生条件和影响因素
• 1.3.5 岩爆预测
• 1.4 本文主要研究内容和技术路线
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 技术路线
• 1.4.3 论文主要创新点
• 1.5 本章小结
• 第二章 岩石力学试验
• 2.1 单轴压缩岩石变形破坏试验
• 2.1.1 单轴压缩岩石变形破坏试验
• 2.1.2 试验结果分析
• 2.2 弹性应变能指数试验
• 2.2.1 弹性应变能指数试验
• 2.2.2 试验结果分析
• 2.3 岩体完整性声波测试
• 2.3.1 岩体完整性单孔声波测试
• 2.3.2 岩石试样纵波波速测试
• 2.3.3 试验结果分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 初始地应力场反演
• 3.1 工程地质环境
• 3.1.1 工程概况
• 3.1.2 地形地貌
• 3.1.3 地层岩性和地质构造
• 3.1.4 弹性声波测试及岩石力学参数建议值
• 3.1.5 地应力和岩爆
• 3.2 径向基神经网络初始地应力反演原理
• 3.2.1 RBF神经网络理论基础
• 3.2.2 RBF神经网络地应力反演数学模型
• 3.3 引水隧洞地区初始地应力反演
• 3.3.1 建立三维地质力学模型
• 3.3.2 反演过程
• 3.3.3 反演结果分析
• 3.4 引水隧洞开挖二次应力场计算
• 3.5 本章小结
• 第四章 岩爆预测研究
• 4.1 基于岩石力学试验的岩爆预测
• 4.2 基于应力判据的岩爆预测
• 4.3 基于可拓学的岩爆综合预测
• 4.3.1 可拓学理论基础
• 4.3.2 可拓学综合岩爆预测建模
• 4.3.3 基于可拓学的综合岩爆预测
• 4.3.4 结果分析
• 4.4 基于径向基神经网络的岩爆概率预测
• 4.4.1 确定RBF神经网络基本参数
• 4.4.2 神经网络学习和模型检验
• 4.4.3 预测结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 引水隧洞岩爆控制
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 附录
• 参考文献
• 致謝
• 硕士在读期间发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表