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原文传递岩土介电常数与含水率关系的研究及工程应用

论文题名：	岩土介电常数与含水率关系的研究及工程应用
关键词：	超前预报;红粘土质围岩;介电常数;含水率;稳定性分析;结构特性
摘要：	在常规的地质雷达超前预报工作过程中，对于异常结构面的分析通常都是从图像的处理入手，结合典型异常结构面图像特征进行直接的分析与判定，这样就可能由于预报人员经验不足和图像反映信息的多解性而造成不良地质信息预报出现偏差或者分析结论依据不足。特别是对于含水较高的红粘土质围岩，围岩本身自稳能力比较低，在开挖之后含水率的高低对于围岩稳定有着重要影响，如何准确的判定出含水溶洞、富水带等对于隧道工程的安全施工意义重大。而在实际的地质超前预报工作中，高含水率的红粘土质围岩并不多见，因此这一方面需要进一步的探索与研究。　　论文从岩土介质结构特性和电磁特性理论研究出发，结合室内试验，分析出土体的干密度、含水率等参数对介电常数的影响。建立起含水率与介电常数之间的关系并给出拟合公式，从而在地质超前预报过程中就能够通过计算介电常数来分析所预测断面的含水率，找出可能存在的含水溶洞、富水带位置;另一方面，通过含水率为中间变量，进一步探讨了如何通过反演介电常数来得到所预测断面的力学参数，对断面的稳定性进行数值模拟，以便在施工过程中针对具体情况及时变更开挖和支护方案，从而保证了工程人员的生命安全和施工机械的财产安全。本文所研究内容主要有如下几方面: 　　1)了解地质雷达技术和隧道工程地质超前预报的发展现状，探讨了具有较强特殊性的高含水红粘土围岩隧道的地质超前预报的重要意义和主要研究方向。　　2)从土体的物质结构特性和电磁学特性的理论出发，通过微观的极化理论阐述了介电常数这一表征介质介电能力的概念。结合土体的结构特性为本文研究方向提供了重要依据。　　3)研究了电磁波在实际传播过程中的传播机理和在介质中产生衰减的因素。理论上解释了在实际的环境中探地雷达波呈现的是相互叠加的“多次波”这一现象，并设计室内试验加以验证。为运用地质雷达来分析预测高含水率的异常结构面提供了理论依据。　　4)设计试验，得到了相同干密度下不同的含水率所对应的土体介电常数并分析变化规律;同时又探讨了相同含水率状态下介电常数和干密度之间的变化规律。从理论上对试验结论给予解释说明，并建立了介电常数与含水率关系的拟合曲线及方程。另一方面，设计了土体不同干密度、不同含水率条件下的剪切试验和压缩试验，将含水率这一参数作为中间变量，给出介电常数和土体的粘聚力、摩擦角之间的拟合关系曲线。　　5)以实际隧道工程地质超前预报为实例，利用本论文所研究的结论，运用RADAN软件对超前预报的采集数据进行介电常数计算，再通过介电常数与含水率之间的关系，得到所预测断面的含水率，为预测含水溶洞、富水带等提供了依据，实现了从常规的定性、直观的推断到根据实际数据的定量计算。同时，进行围岩稳定性的超前数值分析，使地质超前预报在隧道工程施工过程中更具指导意义。
作者：	白鹤
专业：	岩土工程
导师：	李宁
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西安理工大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文