巖土介電常數(shù)與含水率關(guān)系的研究及工程應(yīng)用.pdf

1、在常規(guī)的地質(zhì)雷達(dá)超前預(yù)報(bào)工作過程中，對(duì)于異常結(jié)構(gòu)面的分析通常都是從圖像的處理入手，結(jié)合典型異常結(jié)構(gòu)面圖像特征進(jìn)行直接的分析與判定，這樣就可能由于預(yù)報(bào)人員經(jīng)驗(yàn)不足和圖像反映信息的多解性而造成不良地質(zhì)信息預(yù)報(bào)出現(xiàn)偏差或者分析結(jié)論依據(jù)不足。特別是對(duì)于含水較高的紅粘土質(zhì)圍巖，圍巖本身自穩(wěn)能力比較低，在開挖之后含水率的高低對(duì)于圍巖穩(wěn)定有著重要影響，如何準(zhǔn)確的判定出含水溶洞、富水帶等對(duì)于隧道工程的安全施工意義重大。而在實(shí)際的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作中，高含

2、水率的紅粘土質(zhì)圍巖并不多見，因此這一方面需要進(jìn)一步的探索與研究。
　　論文從巖土介質(zhì)結(jié)構(gòu)特性和電磁特性理論研究出發(fā)，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)，分析出土體的干密度、含水率等參數(shù)對(duì)介電常數(shù)的影響。建立起含水率與介電常數(shù)之間的關(guān)系并給出擬合公式，從而在地質(zhì)超前預(yù)報(bào)過程中就能夠通過計(jì)算介電常數(shù)來分析所預(yù)測(cè)斷面的含水率，找出可能存在的含水溶洞、富水帶位置;另一方面，通過含水率為中間變量，進(jìn)一步探討了如何通過反演介電常數(shù)來得到所預(yù)測(cè)斷面的力學(xué)參數(shù)，對(duì)斷面

3、的穩(wěn)定性進(jìn)行數(shù)值模擬，以便在施工過程中針對(duì)具體情況及時(shí)變更開挖和支護(hù)方案，從而保證了工程人員的生命安全和施工機(jī)械的財(cái)產(chǎn)安全。本文所研究?jī)?nèi)容主要有如下幾方面:
　　1)了解地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)和隧道工程地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的發(fā)展現(xiàn)狀，探討了具有較強(qiáng)特殊性的高含水紅粘土圍巖隧道的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的重要意義和主要研究方向。
　　2)從土體的物質(zhì)結(jié)構(gòu)特性和電磁學(xué)特性的理論出發(fā)，通過微觀的極化理論闡述了介電常數(shù)這一表征介質(zhì)介電能力的概念。結(jié)合土體的結(jié)構(gòu)特

4、性為本文研究方向提供了重要依據(jù)。
　　3)研究了電磁波在實(shí)際傳播過程中的傳播機(jī)理和在介質(zhì)中產(chǎn)生衰減的因素。理論上解釋了在實(shí)際的環(huán)境中探地雷達(dá)波呈現(xiàn)的是相互疊加的“多次波”這一現(xiàn)象，并設(shè)計(jì)室內(nèi)試驗(yàn)加以驗(yàn)證。為運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)來分析預(yù)測(cè)高含水率的異常結(jié)構(gòu)面提供了理論依據(jù)。
　　4)設(shè)計(jì)試驗(yàn)，得到了相同干密度下不同的含水率所對(duì)應(yīng)的土體介電常數(shù)并分析變化規(guī)律;同時(shí)又探討了相同含水率狀態(tài)下介電常數(shù)和干密度之間的變化規(guī)律。從理論上對(duì)試驗(yàn)結(jié)論

5、給予解釋說明，并建立了介電常數(shù)與含水率關(guān)系的擬合曲線及方程。另一方面，設(shè)計(jì)了土體不同干密度、不同含水率條件下的剪切試驗(yàn)和壓縮試驗(yàn)，將含水率這一參數(shù)作為中間變量，給出介電常數(shù)和土體的粘聚力、摩擦角之間的擬合關(guān)系曲線。
　　5)以實(shí)際隧道工程地質(zhì)超前預(yù)報(bào)為實(shí)例，利用本論文所研究的結(jié)論，運(yùn)用RADAN軟件對(duì)超前預(yù)報(bào)的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行介電常數(shù)計(jì)算，再通過介電常數(shù)與含水率之間的關(guān)系，得到所預(yù)測(cè)斷面的含水率，為預(yù)測(cè)含水溶洞、富水帶等提供了依據(jù)，實(shí)