【摘要】：我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中有大量隧道工程,隧道的突水涌泥災(zāi)害嚴(yán)重的限制了施工進(jìn)程,由于隧道掌子面前方地質(zhì)體不明、勘察資料根本不能完全準(zhǔn)確反映施工前方的地質(zhì)情況,給現(xiàn)場(chǎng)施工帶來(lái)很大盲目性,因而經(jīng)常出現(xiàn)難以預(yù)知的地質(zhì)災(zāi)害,包括突水突泥在內(nèi)的坍塌、巖爆和有害氣體等,隧道開(kāi)挖導(dǎo)致的工程災(zāi)害具有無(wú)法選擇性、多元性、難治理性及突發(fā)性,萬(wàn)一災(zāi)害發(fā)生,輕則沖毀機(jī)器、器材,淹沒(méi)隧道,正常施工中斷；重則引起重大人員傷亡,造成巨大經(jīng)濟(jì)損失,甚至部分地下工程會(huì)因此被迫改線或停建,成為了嚴(yán)重影響施工進(jìn)程的因素。常規(guī)的鉆孔取芯巖土工程勘察手段費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、成本極高,而地球物理探測(cè)方法存在信息解譯不確定性與多解性的缺點(diǎn),且一種物探方法無(wú)法同時(shí)解決界面識(shí)別、不良地質(zhì)體識(shí)別和圍巖分級(jí)問(wèn)題。針對(duì)以上難題,提出了隧道地質(zhì)數(shù)字鉆進(jìn)精細(xì)化識(shí)別方法,以探尋鉆進(jìn)參數(shù)與地層信息之間的相關(guān)性指標(biāo)為主線,以可鉆性指標(biāo)、鉆進(jìn)能量和鉆進(jìn)參數(shù)數(shù)據(jù)為核心,以仿生k-medoids算法和量子遺傳-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為方法,以參數(shù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)對(duì)地層的界面識(shí)別、不良地質(zhì)體識(shí)別和圍巖分級(jí),并在工程實(shí)踐中得到了檢驗(yàn)和應(yīng)用,取得了一系列的創(chuàng)新研究成果：(1)優(yōu)化鉆進(jìn)能量轉(zhuǎn)換公式,將忽略的鉆頭水功能量添加到鉆進(jìn)能量計(jì)算公式中,同時(shí)考慮到鉆進(jìn)比功和機(jī)械比能在反映巖石可鉆性時(shí)存在的誤差,為了更為準(zhǔn)確的反映巖土體的客觀實(shí)際情況,提出了加權(quán)比功概念,并用功效系數(shù)法和粗糙集理論,確定了加權(quán)比功公式中的權(quán)重值,定義了加權(quán)比功公式。(2)設(shè)計(jì)了數(shù)字鉆進(jìn)信息采集系統(tǒng),改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)載體鉆機(jī)中的參數(shù)采集裝置,重新設(shè)計(jì)了鉆進(jìn)深度、鉆進(jìn)速度、扭矩、壓力和轉(zhuǎn)速等參數(shù)的采集方法,改進(jìn)了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng),采用DSP微處理器進(jìn)行鉆進(jìn)信息的數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換,并基于鉆進(jìn)能量和加權(quán)比功概念生成可利用的數(shù)字鉆進(jìn)能量信息,同時(shí)建立數(shù)字鉆進(jìn)信息存儲(chǔ)及分析系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字鉆進(jìn)信息的存儲(chǔ)和分析。(3)利用基于鉆進(jìn)速度-轉(zhuǎn)數(shù)-推進(jìn)力耦合的可鉆性指標(biāo)的界面識(shí)別方法,將采集的地層深度、鉆進(jìn)速度、扭矩、轉(zhuǎn)速和推進(jìn)力等鉆進(jìn)信息進(jìn)行分析處理,得到了鉆探地層內(nèi)的界面信息,并結(jié)合地質(zhì)分析,確定了界面之間的圍巖風(fēng)化程度等級(jí)和圍巖巖性。(4)針對(duì)數(shù)字鉆進(jìn)信息采集系統(tǒng)得到的大量數(shù)據(jù),利用數(shù)字鉆進(jìn)能量理論將其轉(zhuǎn)換并生成鉆進(jìn)能量和加權(quán)比功數(shù)據(jù)集,然后采用仿生k-medoids聚類(lèi)算法,將大量的鉆進(jìn)能量和加權(quán)比功數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類(lèi)分析,高效準(zhǔn)確地對(duì)不良地質(zhì)體進(jìn)行了識(shí)別。(5)針對(duì)圍巖分級(jí)問(wèn)題,基于量子遺傳-RBF(徑向基函數(shù))神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法,提出了數(shù)字鉆進(jìn)圍巖分級(jí)方法,此方法以數(shù)字鉆進(jìn)技術(shù)為基礎(chǔ),從鉆進(jìn)參數(shù)中提取有用信息,構(gòu)建圍巖分級(jí)指標(biāo)體系,并采用量子計(jì)算原理對(duì)遺傳算法進(jìn)行改進(jìn),通過(guò)量子位編碼和量子旋轉(zhuǎn)門(mén)更新種群,以此來(lái)確定RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù),建立了基于量子遺傳算法-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圍巖分級(jí)系統(tǒng)。(6)針對(duì)青島膠州灣隧道F4-4斷層,開(kāi)展了不良地質(zhì)數(shù)字鉆進(jìn)精細(xì)化識(shí)別方法研究,利用數(shù)字鉆進(jìn)系統(tǒng)采集的鉆進(jìn)速度、扭矩、轉(zhuǎn)速、推進(jìn)力、鉆進(jìn)能量和加權(quán)比功等參數(shù),實(shí)現(xiàn)了對(duì)隧道F4-4斷層內(nèi)部的界面識(shí)別、不良地質(zhì)體識(shí)別和圍巖分級(jí)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：U455;U452.11

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳志平;陳德玖;張照秀;葉興軍;;高頻大地電磁法在慈母山隧道勘察中的應(yīng)用[J];地下空間與工程學(xué)報(bào);2010年S2期

2 C.F. Lee;L.G. Tham2;;Application and reliability analysis of DPM system in site investigation of HK weathered granite[J];Journal of University of Science and Technology Beijing(English Edition);2005年06期

3 李長(zhǎng)文;強(qiáng)毓明;李國(guó)利;余春昊;;現(xiàn)代聲波測(cè)井技術(shù)發(fā)展的若干特點(diǎn)[J];測(cè)井技術(shù);2006年02期

4 薛國(guó)強(qiáng);李貅;底青云;;瞬變電磁法理論與應(yīng)用研究進(jìn)展[J];地球物理學(xué)進(jìn)展;2007年04期

5 楊淑媛,劉芳,焦李成;量子進(jìn)化策略[J];電子學(xué)報(bào);2001年S1期

6 鐘世航;孫宏志;王榮;李術(shù)才;冉懋鴿;單治鋼;;隧道掌子面前方地質(zhì)預(yù)報(bào)的現(xiàn)狀及發(fā)展之路[J];工程地球物理學(xué)報(bào);2007年03期

7 高偉;岳中琦;李?lèi)?ài)國(guó);;全自動(dòng)鉆孔過(guò)程監(jiān)測(cè)技術(shù)在工程勘察中的應(yīng)用探討[J];工程勘察;2012年02期

8 師偉;史彥文;韓常領(lǐng);曹校勇;;RMR圍巖分級(jí)法與中國(guó)公路隧道圍巖分級(jí)方法對(duì)比[J];中外公路;2009年04期

9 杜木民;李玉寶;;井下瞬變電磁探水技術(shù)初探[J];河北煤炭;2006年03期

10 楊飛;劉卓強(qiáng);潘喻斌;雷海飛;;偽聲波曲線構(gòu)建方法在尼日爾三角洲地區(qū)的應(yīng)用研究[J];石油天然氣學(xué)報(bào);2012年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 徐濤;水平定向鉆進(jìn)隨鉆測(cè)量方法及定位技術(shù)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

2 蔡文軍;機(jī)械式無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀系統(tǒng)研究[D];中國(guó)石油大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 陳秀艷;油氣井陣列對(duì)地磁場(chǎng)的影響[D];中國(guó)石油大學(xué);2011年

2 段秀成;陜鼓集團(tuán)技術(shù)創(chuàng)新管理研究[D];西北大學(xué);2012年

3 肖守金;深孔電磁波隨鉆測(cè)量鉆具結(jié)構(gòu)及其配套模擬裝置研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué);2013年

，

本文編號(hào)：2279127