负视速度隧道超前地质预报正反演

发布时间：2017-07-07 21:03

  本文关键词：负视速度隧道超前地质预报正反演

  更多相关文章： 隧道 地质预报 数值模拟 有限差分 时距曲线

【摘要】：随着社会的发展和科技的进步,工程质量的要求越来越高,铁路、公路需要在隧道中修建,那么隧道的挖掘就成为重要的环节。但是由于掌子面前方地质状况不清楚,潜在的地质危险因素比较多,如果冒然开挖,必将出现各种地质险情,如坍塌、突泥突水等,隧道施工进度会受到很大的影响,甚至造成人员的伤亡和经济的损失。因此,研究隧道超前地质预报势在必行,很多专家和学者都在努力的研究,希望能尽可能的了解掌子面前方的地质情况,为更安全的隧道施工提供依据。论文比较详细地阐述了隧道超前地质预报的发展状况,通过对比说明隧道地震法超前预报的优点。地震波反射波法有TSP、负视速度法等,其中负视速度法的资料处理简单快捷,甚至在现场就可以得到预测结果。隧道超前负视速度法就是通过在隧道壁布置炮点和检波点,炮点和检波点在一条直线上,并且垂直于隧道掌子面,这样得到的反射波时距曲线和直达波时距曲线的交点即是掌子面的位置。论文通过波动方程有限差分正演,对掌子面前方存在各种界面时地震波场进行数值模拟,并在垂直和水平方向布置检波器取得地震记录。通过波场快照和地震记录研究了隧道壁激发条件下各界面反射波的特征,为负视速度法的解释提供了合理依据。在正演计算中,采用分区衰减法来处理隧道自由边界,使隧道内波场值衰减为零,有效地降低了隧道的影响;用完全匹配层(PML)来处理人工边界,消除了边界造成的干扰。对于小倾角界面(60o)的负视速度法的常规顺势延伸法,存在误差大的问题,论文通过理论模型分析建立多项式拟合、连分式插值、一元三点插值处理时距曲线,能够有效的降低误差到1%-5.5%,提高了解释的准确性。文中设置了五个模型来研究掌子面前方地震波场的特征和地震记录中直达波和反射波的时距曲线的特点。对于正演的得到地震记录,传统方式是通过顺势延伸时距曲线来确定界面位置,这样得到误差随着界面倾角变小越来越大,本文提出采用插值拟合的方式来处理时距曲线,对比两种方式,插值拟合的误差很小,并总结了负视速度法时距曲线规律。对于多层界面,还要对时距曲线进行校正,采用能量守恒的方式来求出相邻区域的速度值,然后对时距曲线进行校正,对比研究可以得到在处理多层界面时,可以减小误差。正演模拟为研究隧道地震波传播的运动学和动力学提供参考,反演为处理和解释隧道地震波数据提供理论基础。
【关键词】：隧道 地质预报 数值模拟 有限差分 时距曲线
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U452.1;P631.4
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 研究目的和意义10
• 1.3 隧道超前地质预报方法概述10-14
• 1.3.1 地质法10-11
• 1.3.2 钻探法11
• 1.3.3 物探法11-14
• 第二章 地震反射波法超前地质预报理论基础14-21
• 2.1 地震波产生条件14
• 2.2 地震子波14-15
• 2.3 地震波的运动学特征15-21
• 2.3.1 波前理论15-16
• 2.3.2 分层介质中的地震波16-18
• 2.3.3 反射波速度18
• 2.3.4 地震波时距曲线18-21
• 第三章 应力速度波动方程的推导21-27
• 3.1 运动微分方程21
• 3.2 几何方程21
• 3.3 物理方程21
• 3.4 弹性介质中的应力-速度波动方程21-25
• 3.5 边界条件25-27
• 3.5.1 自由边界条件25-26
• 3.5.2 固体与固体分界面处的边界条件26
• 3.5.3 人工边界条件26-27
• 第四章 基于隧道的交错网格有限差分数值模拟27-49
• 4.1 隧道地质超前预报系统的建立27-29
• 4.2 隧道内部区域的处理29-30
• 4.2.1 直接衰减法29
• 4.2.2 直接法29-30
• 4.2.3 应力镜像法30
• 4.2.4 横向各向同性介质替换法30
• 4.3 震源30-31
• 4.4 隧道模型正演模拟31-49
• 4.4.1 隧道掌子面前方为垂直界面31-35
• 4.4.2 隧道掌子面前方为倾斜界面35-40
• 4.4.3 隧道掌子面前方为倾斜垂直混合界面40-42
• 4.4.4 隧道掌子面前方有空洞42-44
• 4.4.5 隧道掌子面前方有垂直倾斜单界面44-49
• 第五章 掌子面前方倾斜界面位置的确定49-65
• 5.1 数值计算方程的建立49-50
• 5.2 倾斜界面时距曲线插值拟合50-53
• 5.2.1 最小二乘法多项式插值拟合50-52
• 5.2.2 一元三点插值拟合52-53
• 5.3 多项式拟合倾斜界面不同距离不同倾角时距曲线53-54
• 5.4 倾斜界面角度的确定54
• 5.5 插值拟合时距曲线54-65
• 5.5.1 大倾角倾斜界面时距曲线55-60
• 5.5.2 小倾角倾斜界面时距曲线60-65
• 第六章 结论和建议65-67
• 6.1 结论65-66
• 6.2 建议66-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士期间取得的研究成果71-72
• 致谢72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 侯伟;杨正华;;负视速度超前预报倾斜界面位置确定[J];物探与化探;2015年05期

2 武科;马明月;李术才;;高风险岩溶地区隧道的综合物探研究[J];地下空间与工程学报;2011年01期

3 杨耀;;地震视负速度法在隧道超前地质预报中的应用[J];工程地球物理学报;2009年06期

4 赵永贵;;国内外隧道超前预报技术评析与推介[J];地球物理学进展;2007年04期

5 唐义彬;;超前地质预报技术在工程地质中的应用现状[J];国土资源情报;2007年07期

6 钟世航;孙宏志;王荣;李术才;冉懋鸽;单治钢;;隧道掌子面前方地质预报的现状及发展之路[J];工程地球物理学报;2007年03期

7 汪成兵;丁文其;由广明;;隧道超前地质预报技术及应用[J];水文地质工程地质;2007年01期

8 刘喜武,刘洪,李幼铭;高分辨率Radon变换方法及其在地震信号处理中的应用[J];地球物理学进展;2004年01期

9 何振起,李海,梁彦忠;利用地震反射法进行隧道施工地质超前预报[J];铁道工程学报;2000年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 谭代明;隧道超前探水全空间瞬变电磁理论及其应用研究[D];西南交通大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张小慧;信号高阶谱分析及在地震勘探中的应用研究[D];成都理工大学;2012年

2 何晓辉;基于高密度电法在堤防隐患探测技术实验研究[D];郑州大学;2012年

3 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

4 郭有劲;综合物探方法在隧道超前地质预报中的应用研究[D];中国地质大学（北京）;2010年

5 谭龙金;监控量测技术在图云关隧道施工中的应用[D];贵州大学;2009年

6 郭蒙;京沪高速铁路施工期岩溶地质处理效果的实时监测技术研究[D];北京交通大学;2009年

7 金其虎;弹性波有限差分数值模拟及井间地震逆时偏移成像研究[D];长安大学;2009年

8 冯雷;隧道超前预报地震波模拟研究[D];郑州大学;2009年

9 王胤;岩溶地区公路隧道施工中的超前地质预报[D];吉林大学;2008年

10 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

，

本文编号：531779