發(fā)布時(shí)間：2017-08-23 01:34

  本文關(guān)鍵詞：公路隧道超前水平鉆孔預(yù)報(bào)參數(shù)的功速比及小波分析

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【摘要】：超前水平鉆孔參數(shù)預(yù)報(bào)是一種短程隧道圍巖地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù),該技術(shù)利用鉆進(jìn)參數(shù)與圍巖地質(zhì)情況具有一定相關(guān)性的特性,通過(guò)分析鉆進(jìn)參數(shù)隨鉆進(jìn)深度的變化,推斷掌子面前方圍巖情況。目前有關(guān)超前水平鉆孔參數(shù)預(yù)報(bào)技術(shù)的研究尚不多見,為此,論文以甘肅小川隧道與成州隧道60m長(zhǎng)的鉆進(jìn)資料為基礎(chǔ),進(jìn)行了超前水平鉆孔預(yù)報(bào)研究,重點(diǎn)分析耦合后的鉆進(jìn)參數(shù)對(duì)不同巖性及其對(duì)應(yīng)不同構(gòu)造的響應(yīng)程度和相關(guān)性,并就如何利用耦合后的鉆進(jìn)參數(shù)對(duì)不同巖性、構(gòu)造的圍巖劃分進(jìn)行深入研究。根據(jù)巖石可鉆性理論和能量守恒原理,結(jié)合鉆進(jìn)參數(shù):扭矩、轉(zhuǎn)動(dòng)速度、推進(jìn)壓力、鉆進(jìn)速度四個(gè)物理量參數(shù),利用動(dòng)力頭和鉆桿推進(jìn)系統(tǒng)做功與鉆進(jìn)速度的關(guān)系,提出了反映破碎巖石難易程度的鉆進(jìn)功速比的概念及公式,并與隧道對(duì)應(yīng)的主要圍巖情況進(jìn)行對(duì)比分析,認(rèn)為鉆進(jìn)功速比與隧道圍巖巖性及構(gòu)造有很好的響應(yīng)特征,通過(guò)進(jìn)一步對(duì)鉆進(jìn)功速比值劃分,得到了不同巖性(石灰?guī)r,灰礫巖、泥巖、砂礫巖)在不同構(gòu)造(節(jié)理裂隙發(fā)育、方解石充填、層理、底礫巖過(guò)渡)及圍巖含水特征情況下對(duì)應(yīng)的功速比范圍值。針對(duì)超前鉆孔功速比曲線可以較好反映圍巖情況的特性,以小波變換基本理論和邊緣檢測(cè)方法為基礎(chǔ),對(duì)功速比曲線進(jìn)行小波分析,開展了隧道圍巖分界研究。在研究中對(duì)小波分析常用的幾類小波基的特性進(jìn)行了篩選和對(duì)比,提出mexh小波基可適用于功速比曲線的分析,并利用模平均值法優(yōu)選了小波變換最優(yōu)尺度。通過(guò)小波基函數(shù)與功速比函數(shù)的積函數(shù)二階導(dǎo)為零即小波系數(shù)過(guò)零點(diǎn)的各個(gè)不同位置,確定了巖性變化的主要分界點(diǎn),并以此為基礎(chǔ)劃分了不同巖性所在的里程位置及同種巖性的堅(jiān)硬程度。結(jié)果表明功速比曲線在小波變換后可以較精確的識(shí)別不同巖性在不同構(gòu)造情況下圍巖的主要分界點(diǎn)。最后,在提取不同巖性、構(gòu)造功速比曲線特征條件下,采用時(shí)域分析得到時(shí)域指標(biāo)(均值、峰值、裕度、峭度)和利用小波包能量分析方法得到能量分布特征并進(jìn)行分類處理,形成功速比曲線特征庫(kù)的基礎(chǔ)上,提出了一種識(shí)別隧道圍巖地質(zhì)情況的預(yù)報(bào)方法,為超前水平鉆孔在隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用研究提供借鑒和參考,使超前水平鉆孔預(yù)報(bào)技術(shù)能更好的服務(wù)于隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)工作。
【關(guān)鍵詞】：隧道地質(zhì)預(yù)報(bào) 超前水平鉆孔 鉆進(jìn)功速比 小波分析 圍巖劃分
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U452.11
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 研究目的及意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 超前水平鉆孔地質(zhì)預(yù)報(bào)研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 地層單元識(shí)別技術(shù)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 信號(hào)特征分析方法研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 目前研究存在的問(wèn)題15
• 1.4 主要研究?jī)?nèi)容、研究思路和研究方法15-18
• 1.4.1 本文研究?jī)?nèi)容15-16
• 1.4.2 研究思路16-17
• 1.4.3 研究方法17-18
• 第二章 工程概況18-32
• 2.1 隧道自然地理環(huán)境與地形地貌18
• 2.2 隧道圍巖巖性及構(gòu)造18-26
• 2.2.1 工程地質(zhì)勘查結(jié)果18-20
• 2.2.2 人工地質(zhì)情況劃分20-26
• 2.3 鉆機(jī)主要技術(shù)性能及鉆孔參數(shù)獲取26-31
• 2.3.1 鉆機(jī)主要技術(shù)性能26-28
• 2.3.2 鉆孔參數(shù)的獲取28-30
• 2.3.3 鉆孔參數(shù)預(yù)處理30-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第三章 鉆進(jìn)功速比分析32-44
• 3.1 鉆進(jìn)能量原理32-36
• 3.1.1 鉆進(jìn)參數(shù)的巖石可鉆性理論32-34
• 3.1.2 鉆進(jìn)功速比公式34-36
• 3.2 鉆進(jìn)功速比的隧道圍巖分析36-43
• 3.2.1 小川隧道鉆進(jìn)功速比分析36-39
• 3.2.2 成州隧道鉆進(jìn)功速比分析39-42
• 3.2.3 功速比巖性構(gòu)造的劃分42-43
• 3.3 小結(jié)43-44
• 第四章 基于鉆進(jìn)功速比的小波分析圍巖分界識(shí)別研究44-60
• 4.1 小波分析基本理論44-49
• 4.1.1 小波連續(xù)變換44-46
• 4.1.2 多分辨分析與Mallat算法46-48
• 4.1.3 小波變換邊緣檢測(cè)方法48-49
• 4.2 功速比曲線巖層識(shí)別多尺度檢驗(yàn)方法49-52
• 4.2.1 小波分析功速比曲線的研究意義49-50
• 4.2.2 最優(yōu)小波基的選取50-51
• 4.2.3 最優(yōu)尺度的選擇51-52
• 4.3 功速比曲線實(shí)例分析52-58
• 4.3.1 小波分析對(duì)小川1#功速比曲線的巖層劃分52-54
• 4.3.2 小波分析對(duì)小川2#功速比曲線的巖層劃分54-55
• 4.3.3 小波分析對(duì)成州1#功速比曲線的巖層劃分55-56
• 4.3.4 小波分析對(duì)成州2#功速比曲線的巖層劃分56-58
• 4.4 小結(jié)58-60
• 第五章 功速比曲線特征分析60-78
• 5.1 曲線特征分析原理60-63
• 5.1.1 時(shí)域特征分析原理60-61
• 5.1.2 小波包能量特征分析原理61-63
• 5.2 功速比曲線時(shí)域、小波包能量特征分析63-71
• 5.2.1 小川隧道地質(zhì)情況功速比曲線特征分析63-68
• 5.2.2 成州隧道地質(zhì)情況功速比曲線特征分析68-71
• 5.3 功速比曲線時(shí)域、小波包能量特征參數(shù)對(duì)比71-76
• 5.3.1 功速比曲線時(shí)域指標(biāo)對(duì)比71-74
• 5.3.2 功速比曲線小波包能量指標(biāo)參數(shù)對(duì)比74-76
• 5.4 巖性、構(gòu)造劃分識(shí)別的超前水平鉆孔地質(zhì)預(yù)報(bào)方法76-77
• 5.5 小結(jié)77-78
• 結(jié)論及建議78-80
• 研究結(jié)論78-79
• 建議79-80
• 參考文獻(xiàn)80-84
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果84-85
• 致謝85

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