本文關(guān)鍵詞：公路隧道超前水平鉆孔預(yù)報參數(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)報是一種短程隧道圍巖地質(zhì)預(yù)報技術(shù),該技術(shù)利用鉆進參數(shù)與圍巖地質(zhì)情況具有一定相關(guān)性的特性,通過分析鉆進參數(shù)隨鉆進深度的變化,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長的鉆進資料為基礎(chǔ),進行了超前水平鉆孔預(yù)報研究,重點分析耦合后的鉆進參數(shù)對不同巖性及其對應(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參數(shù)對不同巖性、構(gòu)造的圍巖劃分進行深入研究。根據(jù)巖石可鉆性理論和能量守恒原理,結(jié)合鉆進參數(shù):扭矩、轉(zhuǎn)動速度、推進壓力、鉆進速度四個物理量參數(shù),利用動力頭和鉆桿推進系統(tǒng)做功與鉆進速度的關(guān)系,提出了反映破碎巖石難易程度的鉆進功速比的概念及公式,并與隧道對應(yīng)的主要圍巖情況進行對比分析,認(rèn)為鉆進功速比與隧道圍巖巖性及構(gòu)造有很好的響應(yīng)特征,通過進一步對鉆進功速比值劃分,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、底礫巖過渡)及圍巖含水特征情況下對應(yīng)的功速比范圍值。針對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方法為基礎(chǔ),對功速比曲線進行小波分析,開展了隧道圍巖分界研究。在研究中對小波分析常用的幾類小波基的特性進行了篩選和對比,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)過零點的各個不同位置,確定了巖性變化的主要分界點,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別不同巖性在不同構(gòu)造情況下圍巖的主要分界點。最后,在提取不同巖性、構(gòu)造功速比曲線特征條件下,采用時域分析得到時域指標(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行分類處理,形成功速比曲線特征庫的基礎(chǔ)上,提出了一種識別隧道圍巖地質(zhì)情況的預(yù)報方法,為超前水平鉆孔在隧道地質(zhì)預(yù)報中的應(yīng)用研究提供借鑒和參考,使超前水平鉆孔預(yù)報技術(shù)能更好的服務(wù)于隧道地質(zhì)預(yù)報工作。
【關(guān)鍵詞】：隧道地質(zhì)預(yù)報 超前水平鉆孔 鉆進功速比 小波分析 圍巖劃分
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：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)報研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 地層單元識別技術(shù)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 信號特征分析方法研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 目前研究存在的問題15
• 1.4 主要研究內(nèi)容、研究思路和研究方法15-18
• 1.4.1 本文研究內(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 鉆機主要技術(shù)性能及鉆孔參數(shù)獲取26-31
• 2.3.1 鉆機主要技術(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 鉆進功速比分析32-44
• 3.1 鉆進能量原理32-36
• 3.1.1 鉆進參數(shù)的巖石可鉆性理論32-34
• 3.1.2 鉆進功速比公式34-36
• 3.2 鉆進功速比的隧道圍巖分析36-43
• 3.2.1 小川隧道鉆進功速比分析36-39
• 3.2.2 成州隧道鉆進功速比分析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 基于鉆進功速比的小波分析圍巖分界識別研究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 小波變換邊緣檢測方法48-49
• 4.2 功速比曲線巖層識別多尺度檢驗方法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 功速比曲線實例分析52-58
• 4.3.1 小波分析對小川1#功速比曲線的巖層劃分52-54
• 4.3.2 小波分析對小川2#功速比曲線的巖層劃分54-55
• 4.3.3 小波分析對成州1#功速比曲線的巖層劃分55-56
• 4.3.4 小波分析對成州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 功速比曲線時域、小波包能量特征參數(shù)對比71-76
• 5.3.1 功速比曲線時域指標(biāo)對比71-74
• 5.3.2 功速比曲線小波包能量指標(biāo)參數(shù)對比74-76
• 5.4 巖性、構(gòu)造劃分識別的超前水平鉆孔地質(zhì)預(yù)報方法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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