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基于GIS的隧道洞口段安全评价方法的研究

2020-12-08阅读(601)

基于GIS的隧道洞口段安全评价方法的研究

论文摘要

西部大开发战略的实施加速了我国西部交通网的发展,我国西部地形多为山地,西部交通建设中隧道工程占比十分巨大。同时,近年来隧道洞口段边坡失稳、洞内崩塌事件频发,导致施工效率低下,工人生命财产受到极大的威胁。因而结合地理信息系统(GIS,Geographic Information System)技术研究隧道洞口段安全评价方法具有很重要的现实意义。本文通过建立地质三维模型实现覆盖层厚度的获取以及评价指标的显示,同时利用GIS方法直观表达评价因子对隧道洞口的影响程度大小,为隧道洞口段安全评价提供参考依据,建立安全风险评价体系,并以梅花山隧道为实例,实现了基于GIS的隧道洞口段安全评价体系的构建。具体研究工作及主要结论如下:(1)针对现场隧道安全事故特征构建包含覆盖层厚度、地表坡度、各点距掌子面距离、各点距隧道中轴线距离四个影响因子的评价指标体系。(2)借助GRASS GIS平台以及地表高程矢量图层转栅格图层等方法,在软件中通过地形分析获取地表坡度图层,缓冲区分析获取各点距掌子面距离以及各点距隧道中轴线距离的图层。采用回归克里金预测覆盖层厚度,借助GRASS GIS的掩码叠加获取覆盖层厚度图层。同时建立一种地表三维CDT(Constrained Delaunay Triangulation)地质模型,用来获取覆盖层厚度和最终评价指标的显示。(3)构建基于GIS隧道洞口段安全评价方法的过程,以研究区数据和数字高程图形为基础,采用专家调查法、层次分析法两种方法确定四个因子权重,用等级评分制确立风险评价级别,从而确立洞口仰坡风险评价方法。在GRASS GIS软件中每个因子一个图层,并将图层进行叠加,对隧道洞口段安全风险进行评价。(4)基于GIS的隧道洞口段安全评价系统表明,覆盖层厚度在隧道安全风险中起着十分重要作用,地表坡度次之。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  •   1.1 选题背景及研究意义
  •   1.2 国内外研究现状
  •     1.2.1 基于GIS的隧道安全风险评价研究现状
  •     1.2.2 三维地质模型建模的研究现状
  •     1.2.3 基于GIS的隧道洞口段的安全风险评价方法的研究现状
  •     1.2.4 隧道安全预警方法的研究现状
  •   1.3 章节安排及本文主要研究内容
  • 第二章 隧道洞口段三维模型建模方法
  •   2.1 引言
  •   2.2 隧道洞口段三维建模过程
  •   2.3 地质体约束Delaunay TIN构建
  •     2.3.1 空间离散数据插值算法
  •     2.3.2 Delaunay三角剖分
  •     2.3.3 约束Delaunay三角剖分
  •   2.4 基于OBB数的三角网空间布尔运算
  •     2.4.1 OBB层次树碰撞检测
  •     2.4.2 三角形面片精确求交
  •     2.4.3 交线追踪与“结果交域”生成
  •     2.4.4 “结果交域”重剖分
  •     2.4.5 子面构建及空间布尔运算
  •   2.5 基于CDT面隧道仰坡切割过程
  •   2.6 本章小结
  • 第三章 隧道洞口段的安全风险评价指标体系的构建
  •   3.1 基于GIS的隧道洞口段的安全风险评价指标体系
  •   3.2 洞口仰坡覆盖层厚度的确定方法
  •     3.2.1 引言
  •     3.2.2 覆盖层厚度对隧道边仰坡安全评价的重要性
  •     3.2.3 边仰坡覆盖层厚度空间分布规律
  •     3.2.4 小结
  •   3.3 三维模型各评价因子获取方法
  •     3.3.1 坡度坡向的提取方法
  •     3.3.2 曲率土地利用的提取方法
  •     3.3.3 覆盖层的提取方法
  •     3.3.4 距隧道中轴线因子提取方法
  •     3.3.5 距隧道掌子面因子提取方法
  •   3.4 本章小结
  • 第四章 隧道洞口段安全风险评价方法
  •   4.1 引言
  •   4.2 隧道洞口段安全风险评价指标图形
  •     4.2.1 地表坡度
  •     4.2.2 地表各点安全系数
  •     4.2.3 仰坡各点距掌子面距离
  •     4.2.4 仰坡各点距离隧道洞轴中心线的距离
  •   4.3 评价指标权重的确定
  •     4.3.1 评价指标权重的确定方法
  •     4.3.2 评价指标权重的计算
  •   4.4 安全风险等级划分
  •   4.5 基于GIS的隧道洞口仰坡风险评估方法
  •     4.5.1 GRASS GIS软件平台
  •     4.5.2 基于GIS的隧道洞口仰坡风险评价方法
  •   4.6 本章小结
  • 第五章 工程实例
  •   5.1 谷竹高速梅花山隧道进口
  •     5.1.1 工程概况
  •     5.1.2 隧道洞口边仰坡地层模型
  •     5.1.3 基于GIS的安全风险评价
  • 第六章 结论与展望
  •   6.1 结论
  •   6.2 展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 作者简介

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 范典

    导师: 杨天水,刘振平

    关键词: 隧道工程,三维地质模型,稳定性,风险性

    来源: 中国地质大学(北京)

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

    专业: 自然地理学和测绘学,公路与水路运输,计算机软件及计算机应用

    单位: 中国地质大学(北京)

    分类号: P208;U458

    DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.001172

    总页数: 76

    文件大小: 5563K

    下载量: 69

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