隧道围岩断面轮廓分维数的小波分析算法及应用

隧道的超欠挖对衬砌结构稳定性影响较大,研究其规律,对于掌握围岩受力,确保施工安全,具有深远意义.隧道断面轮廓超欠挖序列具有统计自相似性,根据小波分析的多分辨率的特点,本文给出了利用小波理论估计分维数的方法.选定恰当的小波函数和分解层数,对隧道围岩断面的整体轮廓、拱顶和边墙的超欠挖序列分别进分形维数的小波分析估算,结果安...     

基于多因素评价的隧道围岩质量与超欠挖关系

围岩质量及施工方法是影响隧道超欠挖的本质原因,研究围岩质量与超欠挖的关系,对评价和预测超欠挖、判断隧道结构的稳定性具有重要意义。基于工程实测资料及数值试验,研究了跨度对隧道围岩质量的影响,进而建立了基于多因素评价的围岩质量修正指标。根据隧道开挖断面轮廓具有分形特征的特点,计算了鸳鸯会隧道20个典型断面轮廓分形维数,研究了围岩质量与超欠挖的关系,得出围岩质量多因素修正指标与超挖比及断面轮廓分形维数呈线性关系,随着围岩质量多因素修正指标的提高,超挖比和断面轮廓分形维数将降低,并根据复相关原理,建立了三者间的复相关关系,可为隧道围岩质量的正确评价及超欠挖分析提供有益参考。对比不同围岩分级方法与超欠挖的关系表明,基于多因素评价的BQ法在隧道工程中的适用性更好。     

隧道超欠挖断面轮廓分形特征

对于极不规则的隧道围岩超欠挖轮廓,分形几何无疑是一个新思路。在测量数据的基础上,应用分形几何来定量描述围岩超欠挖轮廓线,表明隧道各类围岩的超欠挖曲线具有自相似性。在此基础上,进一步分析了各类围岩超欠挖曲线的分形维数与围岩类别之间的关系。研究表明,隧道围岩超欠挖曲线分形维数能较为直观地反映围岩类别,但其并不随着围岩类别的变化而呈线性变化;对于洞径一定的隧道,围岩超欠挖曲线的分形维数更能反映岩体结构和洞轴线之间的关系,这为准确预测掌子面前方围岩超欠挖情况奠定了理论基础。     

隧道围岩超欠挖与节理和洞轴线之间的关系

从分形几何角度分析,隧道围岩超欠挖具有自相似性,对于一定洞径的隧道,隧道围岩超欠挖曲线分形维数是岩体结构和洞轴线的函数。对于主要发育一组陡倾节理的情况研究表明,隧道围岩超欠挖曲线分形维数与节理间距呈双对数线性关系,与节理走向和洞轴线的夹角呈双对数线性关系,并建立了它们之间的多元关系。     

隧洞围岩分类与洞径和超欠挖之间的关系研究

岩体的地质结构特征是影响隧洞围岩超欠挖的主要因素,正确评价岩体的质量,对岩体进行分类,并研究岩体质量与隧洞超欠挖之间的关系对分析和预测隧洞超欠挖具有重要的意义。对隧洞围岩的RMR分类和Q分类与超欠挖之间的关系进行了详细研究,研究了在同类岩体条件下不同开挖洞径与隧洞超欠挖之间的关系,并由此建立了RMR分类和Q分类之间的关系,得出围岩的RMR分类和Q分类与隧洞超欠挖呈线性关系和对数线性关系,根据超欠挖建立起来的RMR分类和Q分类之间的关系比较符合工程实际。最后研究了超欠挖与围岩分类及洞径之间的复相关关系。     

隧洞边界超欠挖的摄动法解析分析

钻爆法施工常造成隧道边界不平整,隧道分析模型一般将开挖界面光滑处理,忽略了边界不平整对围岩应力的扰动作用。将隧道超欠挖值当作中心偏量小参数,利用摄动法得到了静水压力下圆形隧道的弹性应力解。计算分析表明:超欠挖改变了隧道洞壁附近围岩的应力状态,围岩应力随超欠开挖曲线呈波浪状变化,应力变化量与超欠挖曲线幅值及曲线斜率有关;环向应力变化最大值在洞壁处,其应力集中系数分别在超挖及欠挖顶点达到局部极大与极小值,径向应力变化最大值靠近洞壁表面,切应力变化最大值位于超挖与欠挖表面相交处;扰动应力在径向衰减较快,影响范围约为1~2倍的隧道半径。     

公路隧道超欠挖的成因与控制

通过对隧道超欠挖数据进行统计分析，归纳出影响隧道超欠挖的5个主要因素，并论述了减小隧道超欠挖的方法。     

矿井涌水量时间序列的长程相关性分析及分维数估算

根据矿井涌水量实测数据,探讨了矿井涌水量时间序列的两个重要特性,即:长程相关性和统计自相似特性。利用小波分析和分形理论在多尺度分析和自相似本质上的一致性,把小波分析和分形理论引入到矿井涌水量时间序列的分析中,得到矿井涌水量时间序列小波变换系数,在此基础上,提出了矿井涌水量时间序列分形维数的小波计算方法,并对巷道涌水量和回采工作面涌水量时间序列的分维值进行了计算,验证了小波分形维数估计法在提取矿井涌水量中所具有的分形特征信息是稳定的和可靠的。     

基于岩体结构面分布分形维的岩体质量评价

尽管岩体结构面具有空间上的不规则性和结构网络上的复杂性,但由于它又具有自相似的特征,可以运用分形理论来对其进行研究。运用盒计维数法对某矿山巷道围岩体结构面分布的分维数进行计算,验证了岩体结构面分布的分形特征。通过对岩体结构面分布分形维值分布规律的分析发现,分形维数越大、结构面分布越密集,结构面迹线越长,岩体质量越差,表明可将岩体结构面分布的分形维作为岩体质量评价的指标。将计算所得的岩体结构面分布的分维数与按工程岩体分级标准对相应岩体分级所得的岩体质量等级进行对比,提出了一个以岩体结构面分布的分形维作为分级指标的岩体质量评价方案。     

任楼矿井72煤层断层构造分形特征研究

利用分形理论,对安徽皖北任搂煤矿72煤层断层分形特征进行了研究,计算了不同构造分区的维数。研究发现构造复杂性不同及断裂性质的不同其分形维数也有所不同,构造简单,断层分维数小,而构造复杂区,断层分为数相对较大;剪切断裂带具有较低的分维值,张扭性断裂带分维值较高。     

判别碳酸盐岩是烃源岩还是储集岩的指标

<正> 在实际勘探中,碳酸盐岩既可作为烃源岩,也可作为储集岩存在。确定碳酸盐岩中含有的烃类是原生的,还是从它处运移而来的,这在勘探实践中有着指导意义。为此目的,许怀先等用岩石热解分析方法做了大量研究工作。结果表明岩石中原油的热蒸发烃高峰温度和干酪根热解烃高峰温度具有显著差异:干酪根热解产烃高峰温度 T_(max)为400～600℃;原油热蒸发烃最高峰温度 T_(max)为300～400℃。由此可以区分原油的热蒸发烃和干酪根的热解烃,并进一步判定当最高热解峰温 T_(max)>400℃时,该岩石为烃源岩,而当T_(max)<400℃时,则为储集岩。对干酪根热解的进一步研究表明,不同成熟度的干酪根在不同的热降解温度范围内的产烃量是不同的。低成熟度的干酪根在450～600℃范围内所产生的烃占热解烃的5%     

岩体结构对岩石爆破效果的影响

分析了爆破冲击波的传播特点，指出了对岩石破坏最大的是拉伸应力波，并对岩体结构对岩石爆破效果的影响进行了探讨。     

嵌岩扩底灌注桩及MRR型基岩扩底钻头

简要介绍了国内外扩底技术现状、扩底灌注桩的特点、ＭＲＲ型基岩扩底钻头的结构衣技术参数，结合工程实例对ＭＲＲ１０００钻头的使用效果进行了分析。     

Micromechanical Modelling of Stress Waves in Rock and Rock Fractures

The goal of this paper is to simulate the interaction of stress waves and rock fractures in a particle micromechanical model. Stress waves travelling in fractured rock masses are slowed down and attenuated by natural heterogeneities, voids, microcracks and, above all, by faults and fractures. Considerable laboratory and theoretical investigation have uncovered the major aspects of this phenomenon, but models that cover the core mechanisms of the wave propagation in rock masses are necessary to investigate aspects of wave–fracture interaction, which are not completely clear, and in the future simulate full-scale real problems. The micromechanical model is based on the particle discrete element model that reproduces rock through a densely packed non-structured assembly of 2D disks with point contacts. The model of a hard rock core is developed and an irregular rock joint is generated at mid-height. A new contact constitutive model is applied to the particles in the joint walls. Numerical static joint compression tests are performed and a typical hyperbolic stress–displacement curve is obtained. Conditions for good quality wave transmission through non-jointed unorganized particulate media are determined, hybrid static–dynamic boundary conditions are established and plane waves are emitted into the compressed joint. The transmitted and reflected waves are extracted and analysed. Joint dynamic stiffness calculated according to the hypotheses of the Displacement Discontinuity Theory shows to increase with the static joint compression until the joint is completely closed. Still in its early stages of application, this rock micromechanical model enables the joint behaviour under static and dynamic loading to be analysed in detail. Its advantages are the reproduction of the real mechanics of contact creation, evolution and destruction and the possibility of visualizing in detail the joint geometry changes, which is hard to accomplish in the laboratory.     

Ayers Rock

For years the world's most famous inselberg was plagued by the deleterious effects of human activity. Now a massive investment, stimulated by the international tourist industry, has ensured preservation of the rock's unique geomorphological features and its fragile ecology.     

基于块体理论的多结构面控制下岩质边坡关键块体研究

岩质边坡具有不连续性、多变性及各向异性的特点,其稳定性很大程度上受边坡内部发育的多结构面的影响,表现为块体的不稳定性,因此,寻求对边坡稳定性造成不良影响的关键可动块体是一项重要课题。通过块体理论全空间赤平投影与矢量计算的方法,捕获关键块体,并通过矢量计算确定块体的运动方式,计算其稳定系数,证明了全空间赤平投影在确定可动块体上的简便性,其直观的图示能避免矢量法较为繁琐的计算步骤,而在可动块体运动形式的判别上,两者必须相辅相成。通过应用块体理论确定的关键块体相较于传统方法应用于岩坡稳定性分析时强调的“整体性”而更加侧重于边坡内部块体的“个体性”与“精准性”,突破了岩质边坡稳定性分析的模糊性问题,也使边坡防治更精准更具针对性。     

Magnetite-Fluorite Rock:A New Rock Type of Hot Water Sedimentation

The new type hot water sedimentary rock -- magnetite-fluorite rock occurs as quasi-layers in flat parts of contact zones between rock body and strata in Bamianshan of Changshan County, Zhejiang Province, China. The main mineral assemblage is fluorite＋magnetite＋cassiterite. The rock shows typical laminated structure and obvious mosaic texture. Its formation temperature is between 123℃-160℃, averaging at 142℃. The major chemical composition of the rock includes CaF2, SiO2, Al2O3, FeO, and Fe2O3; the high-content microelement association includes W, Sn, Be, Rb, Sr, S, and CI; and the total content of REE is low （∑REE between 35.34×10^-6-38.35×10^-6）, showing LREE enrichment type of distribution pattern. Diagenesis： driven by the tectonic stress, the formation water heated in the deep strata had moved along the fissures or fractures in strata and had extracted components from the strata on the way, and finally stagnated in the flat parts of contact zones between rock body and strata. With drop in temperature, magnetite and fluorite were separated from the hot water and precipitated alternately, forming this hot water sedimentary rock with new type mineralogical composition, typical laminated structure, obvious mosaic texture and sub-horizontal occurrence. The characteristics of the new type mineralogical composition, sedimentary tectonic environment and chemical composition are different from that of the well-known traditional hydrothermai sedimentary rocks.     

岩体结构对含煤岩系变形的控制作用

含煤岩系变形规律的研究,对煤炭资源评价和开采、煤矿瓦斯灾害预测、煤层气的可开发性评价具有指导意义。基于含煤岩系的岩体结构是控制其变形的基础因素这一前提,以岩体力学和分形几何学基本理论为指导,提出取决于岩石杨氏模量和泊松比的岩体强度因子和取决于岩层厚度的分形维数两个参数,以断层发育的安阳双全井田、褶皱发育的沁水盆地煤层气开发区及滑动构造发育的荥巩谷山井田为例,系统探讨了岩体结构对含煤岩系变形的控制作用。研究表明,低强度因子和厚层岩层较多的分形维数低值区,含煤岩系以韧性变形为主,多形成褶皱,煤体变形程度深,为瓦斯灾害严重区和煤层气难以开发区;高强度因子和厚层岩层较少的分形维数高值区,含煤岩系以脆性变形为主,多发育断层,构造煤难以区域展布,只分布在断层附近。可见含煤岩系变形不仅与岩体强度有关,而且受岩层厚度的控制。统计层段内刚性岩层的存在增加了岩体强度,岩层复杂程度的增加同样提高了岩体强度。岩体力学和分形几何学的引入,为煤岩体变形行为和程度的描述和预测提供了一种新途径。