隧道圍巖快速分級及超欠挖爆破智能控制研究

目錄
第1章　緒論1
1.1　隧道圍巖分級技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀2
1.1.1　隧道圍巖分級發(fā)展里程2
1.1.2　隧道圍巖分級發(fā)展趨勢4
1.2　線型炸藥爆破作用的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀5
1.2.1　線型炸藥破巖理論6
1.2.2　線型炸藥爆破作用過程的數(shù)值模擬研究8
1.2.3　線型炸藥光面爆破的數(shù)值模擬研究10
1.3　隧道超欠挖控制的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13
1.3.1　工程地質(zhì)對超欠挖的影響作用13
1.3.2　超欠挖對隧道圍巖穩(wěn)定性的影響16
1.3.3　超欠挖的數(shù)值模擬研究18
第2章　隧道施工期圍巖快速分級技術(shù)研究20
2.1　隧道施工期圍巖級別快捷判定總體方法研究20
2.1.1　工程巖體分級各定量參數(shù)指標(biāo)分析20
2.1.2　工程巖體分級各定量參數(shù)指標(biāo)快捷獲取方法的研究分析21
2.1.3　隧道施工期圍巖級別快捷判定總體方法選擇24
2.2　隧道施工期巖體完整性指標(biāo)快捷測試方法研究27
2.2.1　掌子面巖塊(體)波速現(xiàn)場測試布置方法設(shè)計27
2.2.2　掌子面巖塊(體)波速現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理31
2.2.3　巖塊、巖體波速數(shù)據(jù)處理方法及原理33
2.2.4　巖體完整性系數(shù)的確定35
2.3　隧道施工期巖石堅硬程度指標(biāo)快捷測試方法研究35
2.3.1　巖石堅硬程度現(xiàn)場快捷測試指標(biāo)的選擇35
2.3.2　巖塊樣品飽和處理必要性及處理方法37
2.3.3　巖石回彈試驗41
2.3.4　巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度室內(nèi)實驗44
2.3.5　巖石強(qiáng)度與回彈值相關(guān)關(guān)系研究47
2.3.6　巖石里氏硬度與單軸抗壓強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系54
2.4　隧道施工期圍巖分級修正指標(biāo)快速確定方法研究56
2.4.1　地下水出水狀態(tài)快速確定方法研究56
2.4.2　結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及其與洞軸線的組合關(guān)系測試方法57
2.4.3　初始地應(yīng)力狀態(tài)58
2.5　隧道施工期圍巖級別快速鑒定設(shè)備系統(tǒng)研發(fā)60
2.5.1　總體架構(gòu)60
2.5.2　巖體完整性系數(shù)快捷測試儀研發(fā)61
2.5.3　圍巖級別快捷判定分析軟件系統(tǒng)77
2.6　小結(jié)85
第3章　線型炸藥爆破的基本理論與計算模型87
3.1　線型炸藥爆破的作用原理87
3.1.1　經(jīng)典的爆破破巖理論87
3.1.2　軸向耦合裝藥與軸向不耦合裝藥破巖過程分析89
3.1.3　空氣間隔不耦合裝藥爆破的特性89
3.2　爆破過程中巖體的三個分區(qū)90
3.2.1　壓碎區(qū)的形成90
3.2.2　裂隙區(qū)的形成90
3.2.3　震動區(qū)的形成91
3.3　巖石爆破的本構(gòu)模型理論91
3.3.1　彈性理論階段91
3.3.2　斷裂理論階段92
第4章　線型炸藥爆破數(shù)值模型建立93
4.1　LS-DYNA簡介及計算理論93
4.1.1　LS-DYNA數(shù)值模擬的主要特征93
4.1.2　控制方程組93
4.1.3　時間積分95
4.1.4　高斯單點積分與沙漏控制95
4.1.5　人工體積黏性控制96
4.1.6　時間步長及邊界條件設(shè)定96
4.2　LS-DYNA構(gòu)建的爆轟模型與狀態(tài)方程97
4.2.1　爆炸模擬的算法選擇98
4.2.2　動量方程、質(zhì)量守恒方程和能量守恒方程98
4.3　LS-DYNA爆破模型的建立99
4.3.1　模型建立過程99
4.3.2　模型計算101
第5章　線型炸藥爆破數(shù)值模擬結(jié)果分析102
5.1　Ⅲ級圍巖條件102
5.1.1　炮孔深度為4m，炮孔間距為30cm102
5.1.2　炮孔深度為4m，炮孔間距為40cm110
5.1.3　炮孔深度為4m，炮孔間距為50cm115
5.1.4　炮孔深度為4m，炮孔間距為60cm120
5.1.5　炮孔深度為4m，炮孔間距為80cm124
5.1.6　炮孔深度為4m，炮孔間距為100cm128
5.1.7　炮孔深度為4m，炮孔間距為120cm132
5.1.8　炮孔深度為4m，炮孔間距為150cm137
5.2?、艏墖鷰r條件141
5.2.1　炮孔深度為3m，炮孔間距為30cm141
5.2.2　炮孔深度為3m，炮孔間距為40cm146
5.2.3　炮孔深度為3m，炮孔間距為50cm149
5.2.4　炮孔深度為3m，炮孔間距為60cm154
5.2.5　炮孔深度為3m，炮孔間距為80cm158
5.2.6　炮孔深度為3m，炮孔間距為100cm162
5.2.7　炮孔深度為3m，炮孔間距為120cm166
5.2.8　炮孔深度為3m，炮孔間距為150cm170
5.3　對比分析174
第6章　輔助坑道超挖的圍巖力學(xué)響應(yīng)數(shù)值模擬分析176
6.1　工程地質(zhì)條件176
6.2　Ⅲ級圍巖超挖的圍巖力學(xué)響應(yīng)數(shù)值模擬分析178
6.2.1?、蠹墖鷰r工后毛斷面數(shù)值計算模型建立178
6.2.2?、蠹墖鷰r工后毛斷面的應(yīng)力/變形云圖180
6.2.3　Ⅲ級圍巖超挖20cm時毛斷面的應(yīng)力/變形數(shù)值計算分析182
6.2.4?、蠹墖鷰r超挖40cm時毛斷面的應(yīng)力/變形數(shù)值計算分析187
6.2.5?、蠹墖鷰r超挖60cm時毛斷面的應(yīng)力/變形數(shù)值計算分析192
6.3?、艏墖鷰r超挖的圍巖應(yīng)力/變形數(shù)值模擬分析198
6.3.1　Ⅳ級圍巖工后毛斷面數(shù)值計算模型建立199
6.3.2?、艏墖鷰r工后毛斷面的應(yīng)力/變形云圖200
6.3.3?、艏墖鷰r超挖40cm時毛斷面的應(yīng)力/變形數(shù)值計算分析201
6.3.4?、艏墖鷰r超挖60cm時毛斷面的應(yīng)力/變形數(shù)值計算分析207
6.3.5　Ⅳ級圍巖超挖80cm時毛斷面的應(yīng)力/變形數(shù)值計算分析212
第7章　隧道爆破設(shè)計智能系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)218
7.1　系統(tǒng)的開發(fā)背景218
7.2　系統(tǒng)分析218
7.3　系統(tǒng)設(shè)計流程218
7.4　Visual Basic利用到的技術(shù)219
7.4.1　Visual basic連接PDF技術(shù)219
7.4.2　Visual Basic 連接辦公軟件技術(shù)220
7.5　系統(tǒng)控制界面設(shè)計222
7.5.1　系統(tǒng)初始界面222
7.5.2　系統(tǒng)登錄界面224
7.5.3　爆破參數(shù)界面224
7.5.4　隧道類型界面227
7.5.5　結(jié)果輸出界面232
7.6　軟件說明書236
7.6.1　系統(tǒng)需求236
7.6.2　軟件需求237
7.7　系統(tǒng)功能237
7.8　啟動系統(tǒng)及登錄界面237
7.8.1　啟動系統(tǒng)237
7.8.2　登錄界面238
7.8.3　“基本參數(shù)”界面238
7.8.4　“隧道類型”界面239
7.8.5　文件輸出界面240
7.9　注意事項245
第8章　隧道開挖的動態(tài)視頻表達(dá)246
8.1　隧道開挖過程演示246
8.1.1　3D Max簡介246
8.1.2　3D Max的特點247
8.1.3　素材、圖像、元件的準(zhǔn)備248
8.1.4　動畫等主要元件的制作248
8.1.5　3D Max的測試以及保存248
8.2　所采用的技術(shù)248
8.2.1　3D Max動畫制作技術(shù)248
8.2.2　時間與幀數(shù)249
8.2.3　動畫中元件的應(yīng)用249
8.2.4　動畫空間表現(xiàn)感249
8.2.5　背景構(gòu)圖以及層次問題249
8.3　隧道開挖的動態(tài)視頻制作249
8.3.1　制作要素250
8.3.2　動態(tài)視頻制作251
8.3.3　開挖工程的視覺展現(xiàn)254
第9章　工程應(yīng)用案例257
9.1　勐松1號隧道斜井257
9.1.1　工程地質(zhì)情況257
9.1.2　爆破參數(shù)調(diào)查257
9.1.3　改進(jìn)的鉆眼爆破炮孔設(shè)計259
9.1.4　鉆孔施工精度控制260
9.1.5　裝藥參數(shù)261
9.1.6　起爆網(wǎng)絡(luò)262
9.1.7　其他施工措施及工藝優(yōu)化建議263
9.2　曼木樹隧道2號斜井263
9.2.1　工程地質(zhì)情況263
9.2.2　施工隧道的爆破參數(shù)調(diào)查264
9.2.3　現(xiàn)場施工存在的問題與建議265
9.2.4　關(guān)鍵問題的改正265
9.2.5　改進(jìn)的鉆眼爆破炮孔設(shè)計266
9.2.6　鉆孔施工精度控制267
9.2.7　周邊眼裝藥268
9.2.8　起爆網(wǎng)絡(luò)269
9.2.9　下臺階鉆孔爆破參數(shù)269
9.3　曼木樹隧道1號斜井注漿阻水方案270
9.3.1　工程地質(zhì)情況270
9.3.2　斜井出水情況調(diào)查271
9.3.3　鉆孔爆破情況調(diào)查272
9.3.4　爆破參數(shù)設(shè)計272
9.4　巴羅2號隧道進(jìn)口爆破開挖情況275
9.4.1　工程地質(zhì)情況275
9.4.2　爆破開挖中存在的問題與對策276
第10章　總結(jié)278
參考文獻(xiàn)279
附表282