【摘 要】
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岩石电磁辐射现象的发现为认识岩体、解决实际工程问题提供了新的视角,经过几十年的发展,电磁辐射技术已经在地下工程中得到广泛的应用。然而当前关于岩石电磁辐射的研究主要聚焦于岩石试验产生电磁辐射现象的定性描述以及现场测试时特征信号的识别上,对于岩石破裂与电磁辐射关系的定量研究鲜有报道。鉴于此,本文将根据丽香铁路中义隧道现场监测数据,对隧道围岩变形破裂与电磁辐射的关系进行研究,取得以下主要研究成果:(1)
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岩石电磁辐射现象的发现为认识岩体、解决实际工程问题提供了新的视角,经过几十年的发展,电磁辐射技术已经在地下工程中得到广泛的应用。然而当前关于岩石电磁辐射的研究主要聚焦于岩石试验产生电磁辐射现象的定性描述以及现场测试时特征信号的识别上,对于岩石破裂与电磁辐射关系的定量研究鲜有报道。鉴于此,本文将根据丽香铁路中义隧道现场监测数据,对隧道围岩变形破裂与电磁辐射的关系进行研究,取得以下主要研究成果:(1)基于中义隧道现场围岩等级、支护参数和施工方法相同区段的219组实测变形数据及电磁辐射数据,采用相关系数法和灰色关联度对电磁辐射参数与隧道变形量和变形速率的相关性进行了研究。统计结果表明:电磁辐射强度、能量和脉冲这3类指标的9个参数中,整体上强度指标与隧道变形量y的相关性、灰色关联度最好,其次是能量指标,最后才是脉冲指标;强度指标中与变形量y相关性和关联度最大的参数为强度极大峰值数占总事件数的百分比2x,能量指标中与变形量y相关性和关联度最大的参数为超过平均能量峰值数占总事件数的百分比9x,脉冲指标中与变形量y相关性和关联度最大的参数为脉冲数4x。电磁辐射参数波动速率与隧道变形速率相关性、关联度的统计结果表明:电磁辐射参数波动速率的强度、能量和脉冲3类指标中,强度指标与隧道变形速率vy的相关性和关联度最好,而能量和脉冲指标则较次;强度、能量和脉冲指标中与变形速率vy相关性和关联度最大的参数分别为强度极大峰值数的波动速率vx2、超过平均能量峰值数的波动速率9xv和脉冲数波动速率4xv。由于在获取强度极大峰值数、超过平均强度峰值数和超过平均能量峰值数的过程中,滤除了对围岩宏观变形贡献不大的低强度、低能量的事件,凸出了那些高强度、高能量事件对宏观变形的贡献,因此这些参数可以表征围岩的优势加载破坏,它们与隧道变形量和变形速率具有较高的相关性和关联度,而脉冲极大峰值数和超过平均脉冲峰值数难以表征围岩的优势加载破坏,它们与隧道变形量和变形速率的相关性则较差。(2)基于偏最小二乘法建立了隧道变形量y关于电磁辐射参数的双参数PL SR2模型、3参数PLSR3模型和9参数PLSR9模型。变形量PLSR2模型、PLS R3模型和PLSR9模型均可以较好的拟合隧道变形量,其中变形量9参数PLSR9模型的拟合效果最好,拟合结果的r值为0.904。同样,建立了隧道变形速率vy关于电磁辐射参数波动速率的3参数PLSR3模型、4参数PLSR4模型和9参数P LSR9模型,模型拟合的r值均在0.92以上,其中变形速率9参数PLSR9模型的r值达0.949。与仅采用单个因素进行分析的结果相比,偏最小二乘回归模型的拟合结果更好。偏最小二乘回归模型的变量重要性(VIP值)分析结果与电磁辐射参数与隧道变形量及变形速率的相关性分析结果相一致。(3)将偏最小二乘模型应用于断面变形量和变形速率的预测中,并对比分析各种方法和模型的预测效果。DK42+890~DK42+900区段3个断面的计算结果表明变形量PLSR9模型、变形速率PLSR9模型的预测误差均小于单因素分析、多元线性回归模型和逐步回归模型,PLSR9模型可以得到很好的预测效果。
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