下伏溶洞探測(cè)及其對(duì)隧道下部圍巖穩(wěn)定性影響研究.pdf

1、溶洞發(fā)育具有隱蔽性，常常隱藏在隧道周圍，其中尤以下伏溶洞最為常見，且對(duì)隧道穩(wěn)定性影響最大。對(duì)下伏溶洞的位置、形狀、尺寸及填充物等地質(zhì)情況勘測(cè)難度較大，尋求方便快捷精確的溶洞探測(cè)方法對(duì)判斷溶洞地質(zhì)信息，進(jìn)而研究下伏溶洞對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性影響對(duì)巖溶地區(qū)隧道安全施工運(yùn)營(yíng)具有重要意義。本文主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?、偻ㄟ^(guò)對(duì)研究區(qū)的區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件分析研究，了解研究區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、氣象水文、巖石巖性等對(duì)巖溶發(fā)育的影響和規(guī)律。發(fā)現(xiàn)研究區(qū)溶洞發(fā)育較多

2、，大部分為灰?guī)r，含部分白云巖和泥灰?guī)r，大型溶洞多為深埋形式，地下水系發(fā)達(dá)，溶洞與地下暗河直接或間接聯(lián)通，部分溶洞充水或有流動(dòng)性地下水。地下暗河圍巖多張裂隙發(fā)育，裂隙大部分為泥質(zhì)填充。
　?、谕ㄟ^(guò)對(duì)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)溶洞的理論方法研究設(shè)計(jì)并進(jìn)行了地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)模型試驗(yàn)。
　　通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的模型雷達(dá)反射剖面圖波形特征研究，總結(jié)分析得到巖溶區(qū)典型地質(zhì)結(jié)構(gòu)的波形圖特征：①地質(zhì)雷達(dá)的水平單側(cè)有效探測(cè)距離為目標(biāo)體的最大跨度。②地下溶洞在地質(zhì)雷

3、達(dá)反射波剖面圖中，初次出現(xiàn)和最后出現(xiàn)的曲線頂點(diǎn)位置即為溶洞的頂端和底端位置。溶洞的下方位置會(huì)出現(xiàn)與溶洞剖面形狀大致相同反射波的暗色區(qū)域。③當(dāng)溶洞被黏土填充后，溶洞頂端的雙曲線特征不明顯，但不影響洞底部雙曲線特征，填土位置反射波振幅增大。當(dāng)填充水后，在巖體與水的交界面，雙曲線波組表現(xiàn)為強(qiáng)振幅發(fā)射，高頻電磁波能量衰減迅速，反射電磁波頻率由高向低頻變化。④軟弱結(jié)構(gòu)面在雷達(dá)反射波剖面圖中變現(xiàn)為同相軸連續(xù)的雙曲線層狀界面。
　?、蹖?duì)研究區(qū)進(jìn)

4、行了地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)，并依據(jù)以上研究規(guī)律分析雷達(dá)反射波剖面圖，結(jié)合鉆探數(shù)據(jù)，得到了研究區(qū)39個(gè)溶洞的高度、跨度等參數(shù)數(shù)據(jù)。運(yùn)用綜合的經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算研究區(qū)已查明的39溶洞頂板進(jìn)行穩(wěn)定性。
　?、芡ㄟ^(guò)研究模糊函數(shù)的理論，結(jié)合巖溶區(qū)的特征，建立了二級(jí)指標(biāo)因素分級(jí)系統(tǒng)，以此構(gòu)建了存在下伏溶洞的隧道圍巖穩(wěn)定性模糊綜合評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型。通過(guò)構(gòu)建的綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)研究區(qū)已探明的39個(gè)溶洞上方隧道下部圍巖進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，驗(yàn)證了模型有較高的可信度和可靠性。進(jìn)

5、而運(yùn)用該綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)研究區(qū)的隧道下部圍巖進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，最終得到了研究區(qū)各個(gè)區(qū)段的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果。
　　本文的創(chuàng)新點(diǎn)為：
　　1）為了更準(zhǔn)確地研究地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)規(guī)律，設(shè)計(jì)并制作了巖溶區(qū)溶洞地質(zhì)實(shí)體模型，通過(guò)對(duì)實(shí)體模型的探測(cè)和反射波剖面圖波形特征分析，總結(jié)了典型地質(zhì)結(jié)構(gòu)的反射波剖面圖波形特征，具有很高的可信度。
　　2）通過(guò)研究模糊綜合評(píng)價(jià)原理，并依據(jù)巖溶區(qū)地質(zhì)特征，選取降半梯形函數(shù)作為隸屬度函數(shù)，通過(guò)改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)度法