岩溶区盾构隧道溶洞形态精细表征与稳定性评判方法PDF电子书下载

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第1章 绪论 1

1.1国内外研究现状 3

1.1.1溶洞精细化探测及形态表征方面 3

1.1.2溶洞对隧道围岩稳定性影响方面 6

1.1.3溶洞与隧道安全距离研究方面 10

1.2技术内容、研究现状与发展趋势 11

1.2.1技术内容 11

1.2.2研究现状 13

1.2.3发展趋势 14

第2章 泉域地层岩溶发育机制与特征研究 15

2.1区域地质水文特征研究 16

2.1.1区域地质特征 16

2.1.2区域水文特征 18

2.1.3典型泉水成因 20

2.2岩溶发育机制及模式 21

2.2.1岩溶发育机制 21

2.2.2岩溶发育模式 22

2.3岩溶发育特征研究 27

2.3.1溶洞规模大小 27

2.3.2溶洞充填类型 28

2.3.3溶洞发育高程统计 28

2.3.4溶洞与地铁隧道空间位置关系 29

第3章 复杂形态溶洞激光测量与重构方法 31

3.1复杂形态溶洞激光定量化探测现状 31

3.1.1干溶洞三维激光定量探测 31

3.1.2充水溶洞三维激光探测 32

3.2充水溶洞多波长激光衰减特性试验系统 33

3.2.1多波长激光发射模组 33

3.2.2溶洞水环境模拟模块 35

3.2.3水质浑浊度及激光衰减性测量模块 35

3.3试验结果与优化选型方案 37

3.3.1激光衰减系数 37

3.3.2同一波长、不同溶解介质下激光衰减规律 38

3.3.3同一介质、不同激光波长下激光衰减规律 40

3.3.4不同功率激光衰减规律 46

3.3.5激光最大探测距优化方案 48

3.4复杂形态溶洞精细化重构方法 50

3.4.1溶洞激光自动扫描系统 50

3.4.2复杂形态溶洞点云坐标求解 52

第4章 复杂形态溶洞模型数值计算与定量化表征方法 56

4.1基于Geomagic-Comsol耦合的复杂形态溶洞稳定性分析 57

4.1.1不规则溶洞几何模型构建思路 57

4.1.2复杂形态溶洞Geomagic点云降噪与模型重构 58

4.1.3复杂形态溶洞Geomagic-Comsol耦合数值模型接口 63

4.2简化模型与复杂形态溶洞力学性能分析 65

4.2.1溶洞模型几何形态分类 65

4.2.2球状与类球状形态溶洞模型 67

4.2.3方体与类方体形态溶洞模型 69

4.2.4复杂形态溶洞围岩受力性能 72

4.3不规则溶洞几何形态多层次表征方法 73

4.3.1多层次参数表征思路 73

4.3.2第一层次参数表征参数 75

4.3.3第二层次参数表征参数 76

4.3.4第三层次参数表征参数 77

4.4复杂形态溶洞几何边界二维傅里叶变换 78

4.4.1溶洞剖面形心坐标计算方法 78

4.4.2溶洞几何边界傅里叶离散变换方法 80

4.5基于傅里叶离散变换的溶洞形态普适性表征方法 82

4.5.1傅里叶形态表征因子 82

4.5.2既定形态溶洞傅里叶表征因子变化规律 85

4.5.3傅里叶表征因子与多层次表征参数响应关系 89

4.5.4溶洞三维形态表征方法 95

第5章 复杂形态充水溶洞与盾构隧道临界安全距离确定方法 97

5.1隧道与前方溶洞临界安全距离确定方法 98

5.1.1极限分析法上限定理 98

5.1.2三维破坏模型 99

5.1.3临界安全距离确定方法 100

5.1.4参数敏感度分析 103

5.2隧道环向充水溶洞临界安全距离确定方法 105

5.2.1溶洞位于隧道环向上方三维破坏模型（Model Ⅰ） 105

5.2.2环向上方临界安全距离计算（Model Ⅰ） 106

5.2.3环向上方参数敏感度分析（Model Ⅰ） 109

5.2.4溶洞位于隧道环向下方三维破坏模型（Model Ⅱ） 110

5.2.5环向下方临界安全距离计算（Model Ⅱ） 111

5.2.6环向下方参数敏感度分析（Model Ⅱ） 114

5.3溶洞形态表征因子在数值模拟中的考量 116

5.3.1溶洞正直方位定义 116

5.3.2正直方位溶洞边界形态表征 117

5.4复杂形态溶洞临界安全距离数值试验分析 118

5.4.1围岩稳定性判据 119

5.4.2数值试验设计 120

5.4.3数值计算模型 123

5.5隧道前方复杂形态溶洞临界安全距离预测模型 124

5.5.1规则形态溶洞临界安全距离数值验证 124

5.5.2复杂形态溶洞临界安全距离数值结果 125

5.5.3复杂形态溶洞临界安全距离预测模型 127

5.6隧道环向复杂形态溶洞临界安全距离预测模型 128

5.6.1规则形态环向上方溶洞临界安全距离数值验证（ModelⅠ） 128

5.6.2复杂形态环向上方溶洞临界安全距离数值结果（ModelⅠ） 129

5.6.3复杂形态环向上方溶洞临界安全距离预测模型（ModelⅠ） 131

5.6.4规则形态环向下方溶洞临界安全距离数值验证（ModelⅡ） 132

5.6.5复杂形态环向下方溶洞临界安全距离数值结果（ModelⅡ） 132

5.6.6复杂形态溶洞环向下方临界安全距离预测模型（ModelⅡ） 135

第6章 复杂形态承压溶洞对盾构隧道围岩稳定性影响模型试验 137

6.1试验方案设计 138

6.1.1试验目的 138

6.1.2试验方案 138

6.2模型试验相似理论与相似材料研制 140

6.2.1岩石物理力学参数测试 140

6.2.2流固耦合相似理论 142

6.2.3流固耦合相似材料研制 145

6.3富水岩溶地层盾构掘进模型试验系统研发 147

6.3.1三维可视化模型箱体 147

6.3.2复合式EPB盾构掘进模拟系统 149

6.3.3复杂形态溶洞3D打印模拟系统 158

6.3.4溶洞水压多参数智能调控系统 158

6.3.5地表沉降激光扫描测量系统 159

6.3.6多元数据监测与采集系统 159

6.4模型试验设计与实施 161

6.4.1监测方案设计 161

6.4.2模型体填筑与元件埋设 162

6.4.3复杂形态溶洞3D打印制备 164

6.4.4盾构施工过程模拟 165

6.5模型试验数据处理及结果分析 165

6.5.1安全距离验证及突涌水过程分析 165

6.5.2岩体结构多元信息演化规律 167

6.5.3地表沉降模型构建与分析 172

6.5.4地层损失参数 175

第7章 溶洞多参数表征与稳定性评判软件及工程应用 178

7.1溶洞多参数表征及稳定性评判软件开发 178

7.1.1软件系统设计目标 178

7.1.2软件系统架构设计 179

7.1.3软件系统特点 179

7.2溶洞多参数表征及稳定性评判软件功能模块 180

7.2.1工程信息及岩溶数据库模块 181

7.2.2多参数输入与初始评价模块 181

7.2.3溶洞形态表征与可视化模块 183

7.2.4安全处治距离修正计算模块 184

7.2.5安全处治方案及智慧决策模块 185

7.3工程应用 185

7.3.1工程概况 185

7.3.2复杂形态溶洞精细重构 186

7.3.3溶洞精细化参数表征 188

7.3.4溶洞稳定性评判及安全处治 189

参考文献 193

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