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西南地区岩溶隧道涌水量统计分析计算

西南地区岩溶隧道涌水量统计分析计算

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作者：陈瑜林成都理工大学

学位级别：硕士

随着我国铁路公路交通系统建设规模的不断扩大,使得许多需穿越岩溶区域的地下工程在施工、设计以及运营时遭受岩溶的侵扰越来越严重,西南地区岩溶隧道涌突水灾害尤其突出。不少专家在关于隧道涌突水灾害的预测方面进行了大量研究,并获... 详细信息

随着我国铁路公路交通系统建设规模的不断扩大,使得许多需穿越岩溶区域的地下工程在施工、设计以及运营时遭受岩溶的侵扰越来越严重,西南地区岩溶隧道涌突水灾害尤其突出。不少专家在关于隧道涌突水灾害的预测方面进行了大量研究,并获取了一定的成就。现阶段水均衡原理以及地下水动力学等理论计算方法已广泛应用于工程方面。但是许多情况下,由于隧道涉及的地质结构太过复杂,其中以西南地区最为突出,导致大部分理论计算方法都是以地下水均衡原理或者达西定律为基础,通过公式的建立来求解的,而求解的过程中由于边界与参数具有不确定性,经常会要求人为地简化或者删减一些实际的地质条件,但有时因为认识不足,会导致部分重要因素被遗漏,严重影响到了这些算法的预测效果,预测涌水量与实际涌水量相差很大,往往无法满足实际工作的要求。随着西南地区建成隧道和在建隧道越来越多,通过收集的西南岩溶隧道实际涌突水样本数量,从影响隧道涌突水的多种因素出发,以数理统计的方法,建立涌突水数学计算模型,为传统的涌突水量预测方法作为补充。通过研究生期间参与的项目回访资料与文献资料收集,从数理统计的角度,基于西南地区岩溶隧道工程涌突水灾害这一实例展开了探讨,从收集的数据本身出发,寻求数据之间的内在联系,借助多种数学方法,比如多元回归分析法,针对岩溶涌突水灾害形成的主要因素与基本地质条件这一研究对象,进行了对应的数学计算模型的构建。研究的主要成果如下:(1)在对西南地区30条建成的岩溶隧道已发的128段涌突水灾害资料收集的基础上,以西南地区岩溶隧道已发涌突水灾害的形成条件进行分析,重点查明了影响隧道岩溶涌突水的主要致灾因素和影响因素。结合前人的研究成果,对西南地区已发生涌突水隧道的因素统计分析探讨,从地形地貌、地层岩性、地质构造、岩溶水动力分带、气候等五个方面分析了岩溶涌突水灾害的形成机理。(2)在隧道涌突水数学计算模型指标的方式选择上,主要基于现有研究,并通过梳理分析,再与西南地区岩溶隧道发生涌突水的实际资料进行结合,选取了收集隧道中信息相对较全且准确的涌突水段作为计算的样本集,由此综合选取了建立数学计算模型的8个指标,分别为可溶岩长度、可溶岩成分、隧道所处循环带、岩石结构、围岩级别、岩层厚度、岩层倾角、地面坡度。(3)对选取的计算指标进行量化取值,建立计算指标体系,在指标量化上借鉴了杨艳娜建立的西南山区岩溶隧道涌突水危险性评价指标量化原则,用多重替代法将缺失数据进行填补,采用AHP层次分析法确定各个因素的权重,保证预测结果更加准确,排除了缺失数据对预测结果的干扰。(4)通过数据的收集与分析,以数理统计的角度去找寻数据之间的相互关联,用线性回归和非线性回归得到多因素的数学计算模型,用曲线拟合得到单因素的数学计算模型,以数据的层面验证了地质环境诸多的因素共同作用决定和影响着涌突水灾害的发生,不是由某个单一变量就可以直接决定的。(5)模型对比:模型1预测精度太低,直接舍去。模型2在准确度上远远高于模型3,对于单因素的模型5、6、7,仅仅是作为一个初期涌水量预测参考值,根据不同的地质环境和背景,选取合适的公式进行粗略计算。从结果可以看出,预测模型2相对误差率在0.5以内的有14个,占到总量的58.33%,预测结果的相对误差率在一个数量级以内的有18个,占整个样本集的75.0%,这对实际工作中有很强的指导意义。

关键词：西南岩溶隧道致灾因素的选取涌突水量计算数学计算模型

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