發(fā)布時(shí)間：2020-11-07 19:29

　　 在過去的近兩百多年的時(shí)間里,伴隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn),工程建設(shè)在規(guī)模和速度上均有大幅度的提升,土地利用率也隨之增加。在中國的西南地區(qū),可溶性灰?guī)r是基巖的主要組成成分。由于巖溶作用的發(fā)展,造成隱伏型溶洞在近地表區(qū)域廣泛存在。在實(shí)際工程中,含有淺埋隱伏溶洞的地面塌陷問題時(shí)有發(fā)生,由于缺乏對于相關(guān)信息的認(rèn)識,使得人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全受到了極大的威脅。所以,本文以前人的研究成果為基礎(chǔ),采用模型試驗(yàn)、理論解析、數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,開展有關(guān)灰?guī)r地層淺埋隱伏溶洞三維識別重構(gòu)及頂板承載力的研究。具體研究內(nèi)容和成果可以概括如下:(1)將現(xiàn)場勘察、地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)與數(shù)據(jù)擬合技術(shù)相結(jié)合,提出一種灰?guī)r地層淺埋隱伏結(jié)構(gòu)三維識別重構(gòu)的方法。首先,以模型試驗(yàn)為手段,通過應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)探測取得的一系列二維地質(zhì)雷達(dá)圖像。然后,經(jīng)過二維地質(zhì)雷達(dá)圖像的解譯,建立空間數(shù)據(jù)集。最后,通過數(shù)據(jù)擬合得到空間三維結(jié)構(gòu)模型。將擬合得到的結(jié)構(gòu)與模型試驗(yàn)的設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行比較,結(jié)果顯示,兩者吻合度較高,所提出的方法較為合理。除此之外,在模型試驗(yàn)操作過程中,對于含有淺埋隱伏溶洞的灰?guī)r地層隨著填充材料性質(zhì)、截面形狀的變化,所對應(yīng)的二維地質(zhì)雷達(dá)圖像的特征也進(jìn)行了總結(jié)。從材料性質(zhì)的角度看,有重疊的反射區(qū)出現(xiàn)是灰?guī)r材料的圖像特征。由于隱伏目標(biāo)物的存在,在目標(biāo)物的頂部、底部邊界會有強(qiáng)烈的衍射曲線產(chǎn)生。當(dāng)然,在電磁波傳播過程中,由于傳播介質(zhì)的吸收作用,底部的發(fā)射圖像會受到削弱。削弱程度的大小主要受到電磁波傳播的深度以及傳播介質(zhì)的介電常數(shù)的影響。從截面形狀的角度看,雖然截面形狀存在著差異性,但在截面處均會有強(qiáng)烈的反射現(xiàn)象存在。當(dāng)截面的形狀為圓形時(shí),在截面的上下表面均會有衍射曲線產(chǎn)生,整體上表現(xiàn)為成對出現(xiàn)的衍射雙曲線。對于矩形的截面而言,也有成對出現(xiàn)的類雙曲線,不同的是,雙曲線的頂部呈現(xiàn)扁平狀。對于比較規(guī)則的硬質(zhì)結(jié)構(gòu)面,在圖像上呈現(xiàn)為水平的直線。對于軟弱夾層,由于材料之間的相互滲入,因此在圖像上呈現(xiàn)交替的凹凸?fàn)畈灰?guī)則的線型。(2)選取典型的含有淺埋隱伏的柱狀和球狀溶洞的灰?guī)r地層為研究對象,開展空間圍巖應(yīng)力分布理論解析。首先,以基本彈性理論為基礎(chǔ),建立考慮重力、內(nèi)部填充和外部豎向荷載耦合作用的等效軸對稱計(jì)算模型。引入拉普位移法,構(gòu)建拉普位移函數(shù)進(jìn)行理論解析,得到滿足邊界條件的完備解。進(jìn)一步地,對于應(yīng)力分量在各影響因素作用下的變化趨勢進(jìn)行了探討。對于柱狀溶洞而言,各應(yīng)力分量受到半徑r和深度z兩個因素的影響。隨著半徑r和深度z的改變,徑向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力的數(shù)值變化是連續(xù)的,而且其變化的空間曲面近似于拋物面形狀。從變化趨勢看,兩者具有相反的變化趨勢。不過,兩者的變化速率相同,最終趨于同一穩(wěn)定數(shù)值。切向應(yīng)力和豎向應(yīng)力分別是半徑r和深度z的單值函數(shù)。對于球狀溶洞而言,各應(yīng)力分量受到半徑R和角度φ兩個因素的影響。隨著半徑R和角度φ兩個因素的改變,各應(yīng)力分量數(shù)值變化是連續(xù)的,而且其空間變化趨勢呈現(xiàn)出對稱性特征。為了檢驗(yàn)取得完備解的有效性,對于一算例的理論解析結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了對比分析。結(jié)果顯示:各應(yīng)力分量的理論解析結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果保持著一致性。所以,得到的解析解可以較好地反映含有淺埋的柱狀和球狀溶洞的灰?guī)r地層的空間圍巖應(yīng)力分布特征。(3)以上述求得的各應(yīng)力分量的解析解為基礎(chǔ),采用莫爾-庫侖強(qiáng)度理論對于頂板的穩(wěn)定性進(jìn)行分析,得到計(jì)算含有淺埋隱伏柱狀和球狀溶洞的灰?guī)r地層頂板承載力的數(shù)學(xué)表達(dá)式。從表達(dá)式的形式可以看出,承載力的大小受到巖體自身的屬性(重度γ、內(nèi)摩擦角φ_1、粘聚力c),溶洞的尺寸(半徑R、截面半徑r、高度H)以及上覆巖層的厚度(h)等因素的影響。(4)以重慶市南岸區(qū)某項(xiàng)目作為工程背景,對于提出的灰?guī)r地層淺埋隱伏溶洞三維識別重構(gòu)的方法及灰?guī)r頂板承載力的計(jì)算公式進(jìn)行了綜合應(yīng)用。首先,將二維地質(zhì)雷達(dá)圖像解譯與現(xiàn)場的勘察資料相結(jié)合,確定淺埋隱伏溶洞的空間形態(tài)特征,建立研究模型。然后,以確定的研究模型為基礎(chǔ),在相同的工況條件下,進(jìn)行分級加載數(shù)值模擬,記錄在施加不同荷載條件下所產(chǎn)生的對應(yīng)位移量,進(jìn)而繪制出P-S曲線。將P-S曲線分析結(jié)果和塑性區(qū)變化特征相結(jié)合,最終分別得到了柱狀和球狀隱伏溶洞存在條件下的灰?guī)r頂板承載力大小。最后,應(yīng)用推導(dǎo)獲得的含有淺埋隱伏柱狀和球狀溶洞的灰?guī)r頂板承載力計(jì)算公式,完成頂板承載力的計(jì)算。數(shù)值模擬結(jié)果與理論解析結(jié)果的對比分析表明:對于柱狀溶洞和球狀溶洞兩種情況,通過公式計(jì)算得到的頂板承載力與通過P-S曲線結(jié)果和塑性區(qū)變化特征相結(jié)合得到的頂板承載力誤差分別不超過3.5%和5%,吻合度較高。所以,經(jīng)過求解得到的灰?guī)r頂板承載力的計(jì)算公式具有其合理性。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU45
【部分圖文】：

(e) (f)圖 1.1 典型巖溶地貌 (a) 喀斯特峰林 (b) 喀斯特洼地 (c) 喀斯特平原 (d)落水洞 (e)溶洞 (f)地下暗河Fig. 1.1 Typical karst landform (a) karst stone forests (b) karst depression (c) karst plain (d) doline (e)karst cave (f) underground river

(e) (f)圖 1.1 典型巖溶地貌 (a) 喀斯特峰林 (b) 喀斯特洼地 (c) 喀斯特平原 (d)落水洞 (e)溶洞 (f)地下暗河Fig. 1.1 Typical karst landform (a) karst stone forests (b) karst depression (c) karst plain (d) doline (e)karst cave (f) underground river

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【參考文獻(xiàn)】

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9 李忠;張耀文;李海君;;改進(jìn)型BP-網(wǎng)絡(luò)的巖溶塌陷預(yù)測評價(jià)[J];遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年01期

10 蔣小珍;雷明堂;管振德;;單層土體結(jié)構(gòu)巖溶土洞的形成機(jī)理[J];中國巖溶;2012年04期

本文編號：2874380