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《沈阳工业大学》 2011年
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隧道掘进超前地质勘探的研究与仿真

郭伟  
【摘要】:本文研究隧道掘进超前地质勘探方法,在隧道工程和地下工程勘探过程中,前方可能出现不可预知的地质条件,对隧道的正常施工带来很大不便,而隧道掘进超前地质勘探的研究与仿真可以为探测前方地质状况提供一种有效手段,并为施工提供实时准确的数据,从而可以避免事故的发生,保证工程的顺利完成。 目前,我国在地质勘探方面多数采用直流激电法,该方法不易保证在供电期间和断电后对测量电极间的极差和自然电位差的稳定性进行观测。本文采用了交流激电法,它能够克服这个缺点,得到准确的结果;本文利用二极装置系统进行隧道掘进超前地质勘探的研究与仿真。二极装置系统主要由发射模块、测量采集模块和上位机数据处理模块组成,它的特点是测量电极少并且测量方法方便,另外,在外圈增加环形保护电流可以让测量电流能够更纵深的传播。 本文首先选用ANSYS有限元仿真软件三维时谐分析功能,利用交流激电法构造二极装置系统模型,主要对有保护电流高阻异常体和低阻异常体、无保护电流高阻异常体和低阻异常体进行了地质勘探的仿真分析,通过仿真的电压及电流值计算出电阻率,通过电阻率的变化勘探出地质异常,通过对交流激电法的仿真结果进行分析可以勘探出前方地质类型;课题研究在实验室搭建特殊地质状况的沙箱模型,根据二极装置系统构造完成模拟实验测量,实验采用低频的交流电流作激励,分别测出了有保护电流高阻异常体和低阻异常体、无保护电流高阻异常体和低阻异常体时的实验数据,通过数据采集卡将实验数据传给上位机;在上位机中,利用LABVIEW完成信号的低通滤波和数据采样;最后,用MATLAB进行数据处理。得出地质异常情况下测量的电阻率。 论文将模拟实验数据分析的结果与ANSYS仿真结果比较,可得出两者结果相符。因此,论文采用的勘探方法和装置可以有效的勘探出隧道掘进前方地质异常状况。
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