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隧道地质超前预报信号采集与成像方法研究

作　者: 李枝文
导　师: 肖柏勋; 王运生
学　校: 长江大学
专　业: 地球探测与信息技术
关键词: 隧道地质超前预报地震波动力有限元模拟偏移成像
分类号: U452.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

近年来,随着我国高速公路、高速铁路、大型水利等各项基础设施建设的快速发展,而西部各省份对于交通便利需求也在不断增强,进一步促使涌现出大量各类隐蔽工程,尤其是隧道工程。在这种情况下,西南地区的工程施工将面临更严重考验。通常西南地区地质条件复杂,特别是云南,为多山地区,造山带、断裂带发育,地下水丰富,相应工程地质条件和水文地质条件均十分复杂。在如此复杂的水文地质条件下,施工中的各类隧道工程随时可能遇到断层、溶洞、暗河、破碎带以及高地应力等各种不良地质体,若不能及时掌握前方地质情况,很可能诱发塌方、涌水、岩爆冒顶甚至泥石流等工程事故。而这些事故的发生,不仅会影响工程施工进度,甚至带来灾害性的地质灾害,造成严重的人员伤亡和经济损失。为保证工程施工安全性,就需要隧道超前预报技术有更快的发展,以适应更高的应用要求。对复杂地质条件下的隧道应在施工前及过程中进行地质超前预报,提前发现隧道开挖过程中可能遇到的地质病害,预报可能发生的事故和险情,以便及时采取措施,防患于未然,保证施工安全；同时也为隧道施工的方法、支护形式的变更提供依据,减少施工的盲目性,节约隧道的投资。因而在隧道施工中开展地质超前预报工作意义重大。但是,由于隧道为全空间的复杂环境,而我们通常研究的是半空间问题,这样就决定了地震波的复杂性,也为实际地质超前预报工作带来了非常大的困难。因而想要准确的进行超前预报,设计出合理且行之有效的观测系统是超前预报的基础和前提,同时,数据处理方法和技术也非常重要,是超前预报的前提和保证。除了常规的数据处理步骤外,提取有效反射波和偏移成像技术也是非常关键的,影响着超前预报的准确性。本文简要回顾了各种物探方法在隧道地质超前预报中的应用,介绍了地震反射波法超前预报的原理。根据地震波反射法超前预报的理论依据和动力有限元方法算法原理,建立层状体系有限元模型,对动力有限元方法模拟地震波进行可行性验证分析。应用计算机数值仿真技术,研究不同观测方式对结果的影响,考虑使用不同数量的接收点及不同的排列和布置方式。分析不同地质条件下,反射信号的特征和识别方法,考虑含水层、破碎带等不同种类、位置及范围的不良地质体。根据数值仿真结果,获得各种观测方法的应用条件和最佳观测系统,以满足超前预报工作的迫切需求,提高隧道超前预报精度。运用二维F-K滤波方法,可以有效提取掌子面前方的反射波,并通过理论模型和实际模型进行了验证。基于地震波绕射扫描叠加和偏移成像原理,对理论模型数据和实测隧道数据进行三维成像,达到了一定的效果。但是,在实际隧道地质超前预报方法中,没有一种方法是万能的,每种探测方法都有解决特殊地质问题的能力,但同时也具有一定的局限性。对于地质条件异常复杂的探测问题,如果想仅仅依赖某一项技术手段来查明所有的地质情况,那就存在一定的盲目性。经过大量实践总结和理论研究后,认为只有在预报工作中,将工程物探同地质分析相结合,而且弹性地震波方法同电磁方法相结合,才能大幅提高超前预报的准确性,取得最优的预报结果。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-20
  1.1 研究背景  10
  1.2 研究意义  10-12
  1.3 隧道超前预报方法介绍  12-16
  1.4 地震波反射法研究现状  16-18
  1.5 主要研究内容及思路  18-20
第2章地震波法超前地质探测的理论基础  20-33
  2.1 岩体的弹性性质  20-22
  2.2 弹性波基本理论  22-28
  2.3 典型不良地质体的特征  28-29
  2.4 弹性波成像方法发展情况  29-32
  2.5 小结  32-33
第3章地震波反射数值模拟研究  33-57
  3.1 算法描述  33
  3.2 三维仿真计算模型  33-38
  3.3 三维仿真结果分析  38-56
  3.4 小结  56-57
第4章常用信号去噪方法及理论模型试验  57-82
  4.1 一维频率数字滤波原理  57-66
  4.2 二维F-K滤波  66-81
  4.3 小结  81-82
第5章工程应用  82-89
  5.1 三维成像隧道地质超前预报系统的工作原理  82
  5.2 超前预报系统的数据采集  82-84
  5.3 工程实例  84-89
第6章结论与展望  89-91
  6.1 结论  89-90
  6.2 展望  90-91
致谢  91-92
参考文献  92-95
个人简历  95-96

隧道地质超前预报信号采集与成像方法研究

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