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隧道工程超前地质预报TSP法的三维数值模拟及激发方式改进研究
| 论文题名： | 隧道工程超前地质预报TSP法的三维数值模拟及激发方式改进研究 |
| 关键词： | 隧道工程;TSP法;爆破荷载;可控震源;脉冲荷载;地质预报;三维数值模拟 |
| 摘要： | 隧道作为建筑于地下的隐蔽工程，因其施工过程中常遇到断层、破碎带、溶洞等不良地质体而导致塌方、涌水、岩爆冒顶等地质灾害发生，为尽可能避免这些地质灾害发生所造成人员、设备伤害损坏，成本增加，工期延误，这就需对隧道掌子面前方的地质情况进行超前预报，以保证隧道安全施工、顺利施工。基于回声测量原理的TSP方法是隧道工程超前地质预报中的一种常用方法，因具有预报距离长、预报准确率高、适用范围广、测量速度快等优点而备受关注。 由于TSP法系统的震源是通过在炮孔中放置炸药来激发地震波，在实际操作过程会受到较多干扰波影响，妨碍有效波追踪和识别，故本文特提出采用可控震源作为激发源，因可控震源为非破坏性震源，出力的方向性较为明确，减弱了其它方向的能量（主要为干扰方向的能量），相应地提高了有效波追踪和识别，尤其是在人口和建筑物稠密等不允许使用炸药震源的地区使用，同时可以满足不同地质构造对信号的要求，从而便于解释掌子面前方复杂的围岩构造。 本文根据弹性波传播理论，结合TSP法的工作原理，采用ANSYS/LSDYNA软件建立三维隧道TSP模型来进行动力有限元模拟。通过在掌子面前方设定与掌子面形成不同夹角的破碎带和无水干溶洞体两类不良地质体，分别计算传统的爆炸荷载和掌子面处的脉冲荷载做为激发源的TSP波场，得到了单道位移记录和加速度剖面波形记录，通过波传播的运动学和动力学原理分析了初至波与有效波的波形特征及其相互关系，验证了计算模型的正确性，获得了一些关于波形特性方面新认识并比较分析各自的波传播特点，初步得到些定性的认识和结论。其研究结果对分析TSP波场规律、改善激发方式、指导现场获取高质量的地震波记录及科学选择仪器控制参数有重要的指导意义。 |
| 作者： | 刘宏 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 范留明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安理工大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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