隧道地質(zhì)災(zāi)害超前探測(cè)方法研究.pdf

1、隧道屬于地下建筑工程，施工中常遇到各種不良地質(zhì)地段，突泥、突水、瓦斯突出、巖爆等災(zāi)害性地質(zhì)現(xiàn)象(即隧道地質(zhì)災(zāi)害)時(shí)有發(fā)生。隨著我國(guó)隧道工程數(shù)量、規(guī)模不斷擴(kuò)大，深、大、長(zhǎng)隧道增加，施工過程中遇到的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，隧道地質(zhì)災(zāi)害超前探測(cè)的理論和實(shí)踐研究意義重大。 超前探測(cè)以介質(zhì)物理性質(zhì)及結(jié)構(gòu)差異為基礎(chǔ)，是地球物理探測(cè)方法在隧道、地下井巷、采場(chǎng)等工作面上的運(yùn)用，通過觀測(cè)地下物理場(chǎng)的分布及其變化規(guī)律來研究工作面前方是否存

2、在地質(zhì)異常以及地質(zhì)體賦存狀況及規(guī)模。 論文以隧道地震預(yù)報(bào)(Tunnel Seismic Predication)和探地雷達(dá)(Ground Penetrating Radar)的基本理論、技術(shù)方法為基礎(chǔ)，結(jié)合其在超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的實(shí)踐應(yīng)用開展研究。闡明了隧道地質(zhì)災(zāi)害體的主要類型、成因、地質(zhì)與構(gòu)造特征及物理力學(xué)性質(zhì)；基于層狀地質(zhì)模型和隧道地震反射法的基本原理，推導(dǎo)并研究了多層介質(zhì)反射波時(shí)距曲線的特點(diǎn)；用Richer子波和正弦指數(shù)衰減子

3、波模擬了多層介質(zhì)模型的合成記錄，從調(diào)諧厚度與調(diào)諧厚度差出發(fā)，討論了地震波對(duì)薄層結(jié)構(gòu)的分辨能力，剖析了入射角和界面“空間角”對(duì)反射系數(shù)的影響。在此基礎(chǔ)上，總結(jié)提出了資料分析解釋的基本準(zhǔn)則，介紹了TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)的特點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)例討論了影響探測(cè)效果的主要因素；設(shè)計(jì)了一種“赤道組合檢波觀測(cè)系統(tǒng)”，闡述了其基本原理和實(shí)踐方法，為后續(xù)反演疊代提供了精確的初始速度參數(shù)。 以探地雷達(dá)法的基本原理為基礎(chǔ)，利用時(shí)域有限差分(FDTD

4、)理論，把帶時(shí)間變量的Maxwell旋度方程轉(zhuǎn)化為差分格式，采用中心差近似代替Maxwell方程組中的微分算符，得到二階精度的場(chǎng)值抽樣，以時(shí)間遞推的方式直接模擬電磁作用過程；運(yùn)用梅-方超吸收邊界條件對(duì)二層介質(zhì)、圓柱體介質(zhì)及其組合進(jìn)行多種模型的正演模擬；黔桂鐵路新線隧道的探測(cè)成果證明了這種模擬方法的合理性和正確性；在此基礎(chǔ)上，總結(jié)了各種不同巖層、巖溶雷達(dá)圖像的一般規(guī)律，討論了影響GPR探測(cè)效果的主要因素和關(guān)鍵技術(shù)。 理論研究和實(shí)踐