隧道围岩快速分级及超欠挖爆破智能控制研究

目录
第1章　绪论1
1.1　隧道围岩分级技术国内外现状2
1.1.1　隧道围岩分级发展里程2
1.1.2　隧道围岩分级发展趋势4
1.2　线型炸药爆破作用的国内外研究现状5
1.2.1　线型炸药破岩理论6
1.2.2　线型炸药爆破作用过程的数值模拟研究8
1.2.3　线型炸药光面爆破的数值模拟研究10
1.3　隧道超欠挖控制的国内外研究现状13
1.3.1　工程地质对超欠挖的影响作用13
1.3.2　超欠挖对隧道围岩稳定性的影响16
1.3.3　超欠挖的数值模拟研究18
第2章　隧道施工期围岩快速分级技术研究20
2.1　隧道施工期围岩级别快捷判定总体方法研究20
2.1.1　工程岩体分级各定量参数指标分析20
2.1.2　工程岩体分级各定量参数指标快捷获取方法的研究分析21
2.1.3　隧道施工期围岩级别快捷判定总体方法选择24
2.2　隧道施工期岩体完整性指标快捷测试方法研究27
2.2.1　掌子面岩块(体)波速现场测试布置方法设计27
2.2.2　掌子面岩块(体)波速现场测试数据采集与预处理31
2.2.3　岩块、岩体波速数据处理方法及原理33
2.2.4　岩体完整性系数的确定35
2.3　隧道施工期岩石坚硬程度指标快捷测试方法研究35
2.3.1　岩石坚硬程度现场快捷测试指标的选择35
2.3.2　岩块样品饱和处理必要性及处理方法37
2.3.3　岩石回弹试验41
2.3.4　岩石单轴饱和抗压强度室内实验44
2.3.5　岩石强度与回弹值相关关系研究47
2.3.6　岩石里氏硬度与单轴抗压强度的相关关系54
2.4　隧道施工期围岩分级修正指标快速确定方法研究56
2.4.1　地下水出水状态快速确定方法研究56
2.4.2　结构面产状及其与洞轴线的组合关系测试方法57
2.4.3　初始地应力状态58
2.5　隧道施工期围岩级别快速鉴定设备系统研发60
2.5.1　总体架构60
2.5.2　岩体完整性系数快捷测试仪研发61
2.5.3　围岩级别快捷判定分析软件系统77
2.6　小结85
第3章　线型炸药爆破的基本理论与计算模型87
3.1　线型炸药爆破的作用原理87
3.1.1　经典的爆破破岩理论87
3.1.2　轴向耦合装药与轴向不耦合装药破岩过程分析89
3.1.3　空气间隔不耦合装药爆破的特性89
3.2　爆破过程中岩体的三个分区90
3.2.1　压碎区的形成90
3.2.2　裂隙区的形成90
3.2.3　震动区的形成91
3.3　岩石爆破的本构模型理论91
3.3.1　弹性理论阶段91
3.3.2　断裂理论阶段92
第4章　线型炸药爆破数值模型建立93
4.1　LS-DYNA简介及计算理论93
4.1.1　LS-DYNA数值模拟的主要特征93
4.1.2　控制方程组93
4.1.3　时间积分95
4.1.4　高斯单点积分与沙漏控制95
4.1.5　人工体积黏性控制96
4.1.6　时间步长及边界条件设定96
4.2　LS-DYNA构建的爆轰模型与状态方程97
4.2.1　爆炸模拟的算法选择98
4.2.2　动量方程、质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　模型建立过程99
4.3.2　模型计算101
第5章　线型炸药爆破数值模拟结果分析102
5.1　Ⅲ级围岩条件102
5.1.1　炮孔深度为4m，炮孔间距为30cm102
5.1.2　炮孔深度为4m，炮孔间距为40cm110
5.1.3　炮孔深度为4m，炮孔间距为50cm115
5.1.4　炮孔深度为4m，炮孔间距为60cm120
5.1.5　炮孔深度为4m，炮孔间距为80cm124
5.1.6　炮孔深度为4m，炮孔间距为100cm128
5.1.7　炮孔深度为4m，炮孔间距为120cm132
5.1.8　炮孔深度为4m，炮孔间距为150cm137
5.2　Ⅳ级围岩条件141
5.2.1　炮孔深度为3m，炮孔间距为30cm141
5.2.2　炮孔深度为3m，炮孔间距为40cm146
5.2.3　炮孔深度为3m，炮孔间距为50cm149
5.2.4　炮孔深度为3m，炮孔间距为60cm154
5.2.5　炮孔深度为3m，炮孔间距为80cm158
5.2.6　炮孔深度为3m，炮孔间距为100cm162
5.2.7　炮孔深度为3m，炮孔间距为120cm166
5.2.8　炮孔深度为3m，炮孔间距为150cm170
5.3　对比分析174
第6章　辅助坑道超挖的围岩力学响应数值模拟分析176
6.1　工程地质条件176
6.2　Ⅲ级围岩超挖的围岩力学响应数值模拟分析178
6.2.1　Ⅲ级围岩工后毛断面数值计算模型建立178
6.2.2　Ⅲ级围岩工后毛断面的应力/变形云图180
6.2.3　Ⅲ级围岩超挖20cm时毛断面的应力/变形数值计算分析182
6.2.4　Ⅲ级围岩超挖40cm时毛断面的应力/变形数值计算分析187
6.2.5　Ⅲ级围岩超挖60cm时毛断面的应力/变形数值计算分析192
6.3　Ⅳ级围岩超挖的围岩应力/变形数值模拟分析198
6.3.1　Ⅳ级围岩工后毛断面数值计算模型建立199
6.3.2　Ⅳ级围岩工后毛断面的应力/变形云图200
6.3.3　Ⅳ级围岩超挖40cm时毛断面的应力/变形数值计算分析201
6.3.4　Ⅳ级围岩超挖60cm时毛断面的应力/变形数值计算分析207
6.3.5　Ⅳ级围岩超挖80cm时毛断面的应力/变形数值计算分析212
第7章　隧道爆破设计智能系统的设计与开发218
7.1　系统的开发背景218
7.2　系统分析218
7.3　系统设计流程218
7.4　Visual Basic利用到的技术219
7.4.1　Visual basic连接PDF技术219
7.4.2　Visual Basic 连接办公软件技术220
7.5　系统控制界面设计222
7.5.1　系统初始界面222
7.5.2　系统登录界面224
7.5.3　爆破参数界面224
7.5.4　隧道类型界面227
7.5.5　结果输出界面232
7.6　软件说明书236
7.6.1　系统需求236
7.6.2　软件需求237
7.7　系统功能237
7.8　启动系统及登录界面237
7.8.1　启动系统237
7.8.2　登录界面238
7.8.3　“基本参数”界面238
7.8.4　“隧道类型”界面239
7.8.5　文件输出界面240
7.9　注意事项245
第8章　隧道开挖的动态视频表达246
8.1　隧道开挖过程演示246
8.1.1　3D Max简介246
8.1.2　3D Max的特点247
8.1.3　素材、图像、元件的准备248
8.1.4　动画等主要元件的制作248
8.1.5　3D Max的测试以及保存248
8.2　所采用的技术248
8.2.1　3D Max动画制作技术248
8.2.2　时间与帧数249
8.2.3　动画中元件的应用249
8.2.4　动画空间表现感249
8.2.5　背景构图以及层次问题249
8.3　隧道开挖的动态视频制作249
8.3.1　制作要素250
8.3.2　动态视频制作251
8.3.3　开挖工程的视觉展现254
第9章　工程应用案例257
9.1　勐松1号隧道斜井257
9.1.1　工程地质情况257
9.1.2　爆破参数调查257
9.1.3　改进的钻眼爆破炮孔设计259
9.1.4　钻孔施工精度控制260
9.1.5　装药参数261
9.1.6　起爆网络262
9.1.7　其他施工措施及工艺优化建议263
9.2　曼木树隧道2号斜井263
9.2.1　工程地质情况263
9.2.2　施工隧道的爆破参数调查264
9.2.3　现场施工存在的问题与建议265
9.2.4　关键问题的改正265
9.2.5　改进的钻眼爆破炮孔设计266
9.2.6　钻孔施工精度控制267
9.2.7　周边眼装药268
9.2.8　起爆网络269
9.2.9　下台阶钻孔爆破参数269
9.3　曼木树隧道1号斜井注浆阻水方案270
9.3.1　工程地质情况270
9.3.2　斜井出水情况调查271
9.3.3　钻孔爆破情况调查272
9.3.4　爆破参数设计272
9.4　巴罗2号隧道进口爆破开挖情况275
9.4.1　工程地质情况275
9.4.2　爆破开挖中存在的问题与对策276
第10章　总结278
参考文献279
附表282