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《中南大学》 2008年
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隧道地质灾害超前探测方法研究

王齐仁  
【摘要】: 隧道属于地下建筑工程,施工中常遇到各种不良地质地段,突泥、突水、瓦斯突出、岩爆等灾害性地质现象(即隧道地质灾害)时有发生。随着我国隧道工程数量、规模不断扩大,深、大、长隧道增加,施工过程中遇到的工程地质、水文地质条件越来越复杂,隧道地质灾害超前探测的理论和实践研究意义重大。 超前探测以介质物理性质及结构差异为基础,是地球物理探测方法在隧道、地下井巷、采场等工作面上的运用,通过观测地下物理场的分布及其变化规律来研究工作面前方是否存在地质异常以及地质体赋存状况及规模。 论文以隧道地震预报(Tunnel Seismic Predication)和探地雷达(Ground Penetrating Radar)的基本理论、技术方法为基础,结合其在超前地质预报中的实践应用开展研究。阐明了隧道地质灾害体的主要类型、成因、地质与构造特征及物理力学性质;基于层状地质模型和隧道地震反射法的基本原理,推导并研究了多层介质反射波时距曲线的特点;用Richer子波和正弦指数衰减子波模拟了多层介质模型的合成记录,从调谐厚度与调谐厚度差出发,讨论了地震波对薄层结构的分辨能力,剖析了入射角和界面“空间角”对反射系数的影响。在此基础上,总结提出了资料分析解释的基本准则,介绍了TSP203超前地质预报系统的特点,结合工程实例讨论了影响探测效果的主要因素;设计了一种“赤道组合检波观测系统”,阐述了其基本原理和实践方法,为后续反演叠代提供了精确的初始速度参数。 以探地雷达法的基本原理为基础,利用时域有限差分(FDTD)理论,把带时间变量的Maxwell旋度方程转化为差分格式,采用中心差近似代替Maxwell方程组中的微分算符,得到二阶精度的场值抽样,以时间递推的方式直接模拟电磁作用过程;运用梅-方超吸收边界条件对二层介质、圆柱体介质及其组合进行多种模型的正演模拟;黔桂铁路新线隧道的探测成果证明了这种模拟方法的合理性和正确性;在此基础上,总结了各种不同岩层、岩溶雷达图像的一般规律,讨论了影响GPR探测效果的主要因素和关键技术。 理论研究和实践表明,TSP方法主要反映岩石的力学性质,属长距离地质预报,对层状介质的探测效果较好,对小型溶洞探测效果不够理想,对远距离解译的精度不够高;GPR法主要反映介质的电性和介电性质,具有较高的分辨能力,对洞穴、夹层和断裂带具有较高的识别能力,但探测距离有限。长期超前地质预报宜采用TSP方法,对TSP探测成果有怀疑的地段或岩溶较发育区段选用GPR方法,结合地质构造特点进行综合分析解释,相互验证补充,以提高超前预报的可靠程度。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:P631.4

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 张力;阮百尧;吕玉增;杨庭伟;陈卫营;李静和;;坑道全空间直流聚焦超前探测模拟研究[J];地球物理学报;2011年04期
2 朱瑞允;高文博;董晓明;;地质雷达在凤凰山隧道中的应用[J];山西建筑;2013年11期
3 张鸿飞;程效军;高攀;周鑫鑫;;隧道衬砌空洞探地雷达图谱正演模拟研究[J];岩土力学;2009年09期
4 刘江平;程飞;范承余;曹进;;基于隧道空间全波场二维数值模拟与特征分析[J];岩土工程学报;2012年09期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
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2 张力;坑道直流聚焦超前探测有限元数值模拟研究[D];中南大学;2011年
3 肖宽怀;隧道超前预报地球物理方法及应用研究[D];成都理工大学;2012年
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5 邓帅奇;全空间弹性波场数值模拟与逆时偏移成像方法研究[D];中国矿业大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 曾知法;隧道不良地质体地震与地质雷达正演偏移数值模拟及物探信号处理研究[D];成都理工大学;2011年
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 杜炜平;隧道开挖地质灾害规律与防治对策研究[D];中南大学;2001年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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7 田毅;陈建平;王丽梅;史蕊;;基于3D—GIS城市地下空间资源定量评价研究[A];现代测量技术与地理信息系统科技创新及产业发展研讨会论文集[C];2009年
8 ;附录:回首“2009城市国际化论坛”[A];城市安全:首都国际化进程研究报告[C];2010年
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10 利奕年;王国斌;;TRT隧道地质超前预报系统的改进与优化[A];自主创新与持续增长第十一届中国科协年会论文集(2)[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张进;地震叠前数据的弹性阻抗非线性反演方法研究[D];中国海洋大学;2009年
2 童思友;南黄海地震资料多次波形成机理及压制技术研究[D];中国海洋大学;2010年
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8 刘俊昌;大地电磁测深时间域拓扑处理去静态方法研究[D];中国地质大学(北京);2011年
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10 陈强;高瓦斯矿井三维地震勘探技术应用研究[D];中国地质大学(北京);2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孟磊;煤电性参数的实验研究[D];河南理工大学;2010年
2 凡汉云;碳纤维复合材料电磁检测试验研究[D];南昌航空大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 胡松;;浅谈钢结构工程的施工质量监理[J];安徽建筑;2007年05期
2 李宪荣;黔西南卡林型金矿的地质特征及开发利用[J];安顺师范高等专科学校学报;2002年04期
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中国重要会议论文全文数据库 前4条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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9 张文波;井间地震交错网格高阶差分数值模拟及逆时偏移成像研究[D];长安大学;2005年
10 冯德山;基于小波多分辨探地雷达正演及偏移处理研究[D];中南大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王智;黄土隧道中地质雷达超前预报图像的实例分析[D];长沙理工大学;2010年
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8 张存亮;隧道超前地质预报方法及应用研究[D];西安科技大学;2011年
9 郭付印;探地雷达在隧道超前地质预报中的应用研究[D];华南理工大学;2011年
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前9条
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5 王朝令;隧道地震超前预报中波场分离与反演方法的数值模拟研究[D];西南交通大学;2012年
6 邓帅奇;全空间弹性波场数值模拟与逆时偏移成像方法研究[D];中国矿业大学;2012年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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4 郭付印;探地雷达在隧道超前地质预报中的应用研究[D];华南理工大学;2011年
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2 王洪涛牛秋福 王玉亮;煤矿井下防探水应用研究获重要进展[N];河北日报;2007年
3 王洪涛 牛秋福;金牛能源:破解防探水难题[N];中国煤炭报;2007年
4 刘小强;高精度震波探测技术在打通一矿应用成功[N];经理日报;2008年
5 梁文君 王洪涛 牛秋福;瞬变电磁技术破解煤矿井下防探水难题[N];中华工商时报;2007年
6 通讯员 连永章;科技利箭瞄准国优靶心[N];中国铁道建筑报;2001年
7 胡千庭;预防煤矿瓦斯灾害新技术的研究动向[N];中国煤炭报;2006年
8 王洪涛牛秋福;瞬变电磁技术破解矿井透水难题[N];中国企业报;2007年
9 朱正国;铁四院一项研究成果达到国际领先水平[N];人民铁道;2010年
10 通讯员 朱正国;铁四院一项研究成果达国内领先水平[N];中国铁道建筑报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘斌;基于电阻率法与激电法的隧道含水地质构造超前探测与突水灾害实时监测研究[D];山东大学;2010年
2 杜立志;隧道施工地质地震波法超前探测技术研究[D];吉林大学;2008年
3 杨思通;矿井巷道地震超前探测三维全波场数值模拟与探测方法研究[D];山东科技大学;2011年
4 姜志海;巷道掘进工作面瞬变电磁超前探测机理与技术研究[D];中国矿业大学;2008年
5 王齐仁;隧道地质灾害超前探测方法研究[D];中南大学;2008年
6 鲁光银;隧道地质灾害反射波法探测数值模拟及围岩F-AHP分级研究[D];中南大学;2009年
7 王勃;矿井地震全空间极化偏移成像技术研究[D];中国矿业大学;2012年
8 刘志新;矿井瞬变电磁场分布规律与应用研究[D];中国矿业大学;2008年
9 杜庆丰;瞬变电磁法工作装置、数据预处理及反演解释系统[D];中国地质大学(北京);2008年
10 张凌云;高密度电阻率勘探反演的非线性方法研究[D];太原理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王猛;长极距定源建场电法超前探测试验研究[D];中南大学;2013年
2 鞠卫国;矿井瞬变电磁场超前探测时域数值仿真研究[D];江苏大学;2010年
3 魏国华;隧道地质地震波法超前探测技术[D];吉林大学;2010年
4 耿嘉楠;小排列弹性波超前探测与行波分离[D];中南大学;2013年
5 胡雄武;坑道立体电阻率法超前探测技术研究[D];安徽理工大学;2010年
6 宁果果;不良地层超前探测预报及巷道支护研究[D];中南大学;2013年
7 周文佳;基于二维HHT的隧道超前探测图像的识别与检测[D];石家庄铁道大学;2014年
8 罗成果;矿井超前探测综合物探方法的研究与应用[D];成都理工大学;2013年
9 郭立全;矿井巷道震波超前探测系统研究[D];安徽理工大学;2008年
10 刘向红;本安型瞬变电磁仪及其探测技术研究[D];安徽理工大学;2009年
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