基于钻进力学响应量的地下隐伏病害定量识别方法研究

论文摘要

随着国家经济的不断发展,地下建设正如火如荼的开展,地下工程规模及数量连年激增。受自然因素和人为因素等的影响,地下隐伏病害诱发地表沉降、塌陷等灾害频发,造成了巨大的经济损失,严重威胁民众的生命财产安全,地下隐伏病害识别与控制成为亟待解决的难题。本研究采用理论分析、模型试验、现场应用相结合的方法,对岩土体的强度参数与钻进力学响应量间的关系进行研究。基于经典力学理论,建立钻进响应量与岩土体强度参数间的定量关系理论模型,理论证明基于钻进力学响应量的岩土体强度参数反演的可行性;研发钻进模型试验装置,考虑影响岩土体强度的关键因素,开展不同条件下典型岩土体钻进模型试验和基本物理力学性质试验,验证并简化理论模型,给出适用于现场测试的数学模型;以理论分析和模型试验结果为基础,结合雷达普查技术、数字全景成像技术,提出基于钻进力学响应量的地下隐伏病害定量识别技术,通过现场应用,验证试验结果的准确性及新技术现场应用的可行性。主要创新点包括:（1）基于布西内斯科弹塑性分析方法、Drucker-Prager准则、Mohr-Coulomb准则及经典力学分析方法,分别建立薄壁金刚石钻头、尖齿复合片钻头的钻进力学响应量与岩土体强度参数间的理论关系模型,明确影响钻进的关键因素;（2）研发微损旋压触探系统和三维柔性边界加载试验装置,考虑地应力、含水率、压实度的影响,开展5种含水率、5种压实度条件下6种典型岩土体的钻进模型试验和无侧限抗压强度试验、抗剪强度试验、轻型动力触探试验,研究含水率、压实度对钻进力学响应量和强度参数的影响,建立力学响应量和强度参数间相关关系数学模型,采用Adj.R,VAF,RMSE,MAPE四个指标评价数学模型的可靠性;（3）提出基于钻进力学响应量的地下隐伏病害量化识别技术,给出该技术在现场测试中的应用前提和方法,通过典型工程示范性应用,验证了该技术的有效性、可行性、准确性,为地下隐伏病害定量探查提供重要参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 问题提出及研究意义
•   1.2 研究现状
•     1.2.1 地下隐伏病害识别方法
•     1.2.2 基于钻进响应的地下岩土体特征识别
•   1.3 研究内容及技术路线
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 技术路线
• 2 地下岩土体旋切触探理论研究
•   2.1 岩石（体）旋压触探理论模型
•     2.1.1 旋压破岩假设
•     2.1.2 旋压破岩过程弹塑性分析
•     2.1.3 压/剪强度与钻进力学响应量相关关系
•   2.2 土体切削触探理论模型
•     2.2.1 切削破土屈服准则与力学模型
•     2.2.2 压/剪强度与钻进力学响应量相关关系
•     2.2.3 承载力与钻进力学响应量相关关系
•   2.3 本章小结
• 3 典型岩土体旋切触探规律试验研究
•   3.1 试验材料及试验装置
•     3.1.1 试验材料
•     3.1.2 数字钻探模型试验装置
•     3.1.3 强度参数测试装置
•   3.2 试验方案
•     3.2.1 数字钻探模型试验方案
•     3.2.2 压/剪强度试验方案
•     3.2.3 轻型动力触探试验方案
•   3.3 试验结果与分析方法
•     3.3.1 试验结果
•     3.3.2 分析方法
•   3.4 含水率及压实度对钻进响应及强度参数影响
•     3.4.1 含水率和压实度相互作用分析
•     3.4.2 典型岩土体强度参数变化规律
•     3.4.3 典型岩土体钻进力学响应量变化规律
•   3.5 钻进力学响应量与强度参数量化关系分析
•     3.5.1 推进力与UCS间量化关系及评价
•     3.5.2 扭矩与黏聚力间量化关系及评价
•     3.5.3 扭矩、推进力与承载力量化关系及评价
•   3.6 本章小结
• 4 地下隐伏病害定量识别方法与工程验证
•   4.1 地下隐伏病害定量识别方法
•     4.1.1 基本原理
•     4.1.2 隐伏病害地质雷达定性普查
•     4.1.3 隐伏病害数字全景摄像半定量探查
•     4.1.4 隐伏病害微损旋压触探定量详查
•     4.1.5 地下隐伏病害分级评判标准
•   4.2 工程验证
•     4.2.1 工程概况
•     4.2.2 探查设备
•     4.2.3 探查流程
•     4.2.4 疑似轻微疏松病害Q1验证结果
•     4.2.5 疑似中度疏松病害Q2验证结果
•     4.2.6 疑似中度疏松病害Q3验证结果
•     4.2.7 岩土体原位强度反演结果验证
•   4.3 本章小结
• 5 主要结论与展望
•   5.1 主要结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历及在学期间研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 周宏源

导师: 吕祥锋

关键词: 地下隐伏病害,钻进力学响应量,定量识别,强度参数,相关关系

来源: 北京市市政工程研究院

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 北京市市政工程研究院

基金: 国家自然科学基金青年基金(51504029),中央引导地方科技发展专项(Z161100004516014),北京市政路桥集团有限公司技术创新项目(K-J-18094)

分类号: TU43

总页数: 88

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