隧道TBM机瞬变电磁响应三维并行模拟及干扰去除研究
发布时间：2022-01-06 17:57
利用瞬变电磁进行隧道超前探测工作时，在TBM机施工的隧道中会受到TBM机严重干扰，使得瞬变电磁超前探测的效果大打折扣。为了研究消除TBM机干扰响应的方法，需要首先通过三维正演来获取TBM机的瞬变电磁响应规律以及TBM机与隧道中含水不良地质构造的相互影响规律。本文利用三维时域有限差分方法对TBM机施工的隧道中不同的含水地质构造的瞬变电磁响应进行了模拟，利用0.2m的小网格对TBM机进行了精细化剖分。为了解决小网格造成的网格规模过大计算时间过长的问题，开发了基于GPU的异构并行算法，并进行了深度优化，极大地缩短了三维复杂模型正演模拟的计算时间。隧道腔体中的空气在正演过程中用高阻介质近似，由于存在这种电阻率极高的介质，根据传统的稳定性条件经验公式所确定的时间迭代步长不再适用，本文根据大量的模型计算总结出了适用于这种情况的新的稳定性条件经验公式。从模拟结果可以发现TBM机的干扰响应与含水地质构造所引起的响应并不会产生较强的相互作用，并且TBM机的异常响应主要集中在关断后较早的时间段内，当掌子面前方的含水地质构造与掌子面距离较远时二者所造成的响应从感应电动势曲线上即可分辨。当掌子面前方的异常体规...
【文章来源】：长安大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究目的及意义
1.2 瞬变电磁时域有限差分正演发展现状
1.3 高性能计算及其在勘探电磁领域的应用现状
1.4 论文主要研究内容
第二章 瞬变电磁并行三维时域有限差分正演原理
2.1 时域 Maxwell 方程组及有限差分离散
2.1.1 控制方程
2.1.2 Yee 晶胞格式
2.1.3 差分方程
2.1.4 非均匀网格剖分差分方程
2.2 边界条件
2.3 空气层电导率近似和稳定性条件
2.4 差分方程 GPU 并行计算
2.4.1 OpenACC 并行策略
2.4.2 性能对比
第三章 TBM 机施工隧道中三维模型正演及 TBM 机干扰消除
3.1 隧道中 TBM 机的瞬变电磁响应模拟
3.1.1 TBM 机与隧道掌子面距离对其瞬变电磁响应的影响
3.1.2 TBM 机的规模对其瞬变电磁响应的影响
3.2 TBM 施工隧道中直立充水断层的正演
3.2.1 TBM 机施工隧道中直立充水断层的瞬变电磁响应特征
3.2.2 直立充水断层与掌子面距离不同时的瞬变电磁响应规律
3.2.3 围岩电阻率与断层电阻率之比不同时的瞬变电磁响应规律
3.2.4 断层厚度对瞬变电磁响应影响规律
3.2.5 断层规模对瞬变电磁影响的规律
3.3 TBM 机干扰的消除
3.3.1 干扰消除方法
3.3.2 TBM 干扰消除模型验证
3.4 本章小结
第四章 结论与展望
4.1 结论
4.2 展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于非正交网格的带地形三维瞬变电磁场模拟[J]. 邱稚鹏,李展辉,李墩柱,黄清华. 地球物理学报. 2013(12)
[2]基于电场Helmholtz方程的回线源瞬变电磁法三维正演[J]. 李建慧,胡祥云,曾思红,路金阁,霍光谱,韩波,彭荣华. 地球物理学报. 2013(12)
[3]考虑关断时间的回线源激发TEM三维时域有限差分正演[J]. 孙怀凤,李貅,李术才,戚志鹏,王祎鹏,苏茂鑫,薛翊国,刘斌. 地球物理学报. 2013(03)
[4]大地电磁三维数据空间反演并行算法研究[J]. 胡祥云,李焱,杨文采,魏文博,高锐,韩波,彭荣华. 地球物理学报. 2012(12)
[5]瞬变电磁预报方法在胶州湾海底隧道穿越F1-2含水断层中的应用[J]. 李志鹏,张庆松,李术才,薛翊国,苏茂鑫,丁志海,张伟杰. 山东大学学报(工学版). 2011(01)
[6]矿井瞬变电磁法全空间视电阻率解释方法研究[J]. 杨海燕,邓居智,张华,岳建华. 地球物理学报. 2010(03)
[7]GPU并行计算技术分析与应用[J]. 张朝晖,刘俊起,徐勤建. 信息技术. 2009(11)
[8]隧道含水构造直流电阻率法超前探测研究[J]. 刘斌,李术才,李树忱,钟世航. 岩土力学. 2009(10)
[9]复信号分析技术在地质雷达预报岩溶裂隙水中的应用研究[J]. 刘斌,李术才,李树忱,张庆松,薛翊国,钟世航. 岩土力学. 2009(07)
[10]大地电磁三维快速松弛反演并行算法研究(英文)[J]. 林昌洪,谭捍东,佟拓. Applied Geophysics. 2009(01)
博士论文
[1]隧道含水构造三维瞬变电磁场响应特征及突水灾害源预报研究[D]. 孙怀凤.山东大学 2013
[2]基于GPU的三维有限差分直升机瞬变电磁响应并行计算[D]. 关珊珊.吉林大学 2012
[3]基于MPI和GPU直流电法和大地电磁法三维正演的并行算法研究[D]. 张帆.中国地质大学（北京） 2011
硕士论文
[1]带地形的瞬变电磁法三维数值模拟[D]. 肖怀宇.中国地质大学（北京） 2006
本文编号：3572909
【文章来源】：长安大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究目的及意义
1.2 瞬变电磁时域有限差分正演发展现状
1.3 高性能计算及其在勘探电磁领域的应用现状
1.4 论文主要研究内容
第二章 瞬变电磁并行三维时域有限差分正演原理
2.1 时域 Maxwell 方程组及有限差分离散
2.1.1 控制方程
2.1.2 Yee 晶胞格式
2.1.3 差分方程
2.1.4 非均匀网格剖分差分方程
2.2 边界条件
2.3 空气层电导率近似和稳定性条件
2.4 差分方程 GPU 并行计算
2.4.1 OpenACC 并行策略
2.4.2 性能对比
第三章 TBM 机施工隧道中三维模型正演及 TBM 机干扰消除
3.1 隧道中 TBM 机的瞬变电磁响应模拟
3.1.1 TBM 机与隧道掌子面距离对其瞬变电磁响应的影响
3.1.2 TBM 机的规模对其瞬变电磁响应的影响
3.2 TBM 施工隧道中直立充水断层的正演
3.2.1 TBM 机施工隧道中直立充水断层的瞬变电磁响应特征
3.2.2 直立充水断层与掌子面距离不同时的瞬变电磁响应规律
3.2.3 围岩电阻率与断层电阻率之比不同时的瞬变电磁响应规律
3.2.4 断层厚度对瞬变电磁响应影响规律
3.2.5 断层规模对瞬变电磁影响的规律
3.3 TBM 机干扰的消除
3.3.1 干扰消除方法
3.3.2 TBM 干扰消除模型验证
3.4 本章小结
第四章 结论与展望
4.1 结论
4.2 展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于非正交网格的带地形三维瞬变电磁场模拟[J]. 邱稚鹏,李展辉,李墩柱,黄清华. 地球物理学报. 2013(12)
[2]基于电场Helmholtz方程的回线源瞬变电磁法三维正演[J]. 李建慧,胡祥云,曾思红,路金阁,霍光谱,韩波,彭荣华. 地球物理学报. 2013(12)
[3]考虑关断时间的回线源激发TEM三维时域有限差分正演[J]. 孙怀凤,李貅,李术才,戚志鹏,王祎鹏,苏茂鑫,薛翊国,刘斌. 地球物理学报. 2013(03)
[4]大地电磁三维数据空间反演并行算法研究[J]. 胡祥云,李焱,杨文采,魏文博,高锐,韩波,彭荣华. 地球物理学报. 2012(12)
[5]瞬变电磁预报方法在胶州湾海底隧道穿越F1-2含水断层中的应用[J]. 李志鹏,张庆松,李术才,薛翊国,苏茂鑫,丁志海,张伟杰. 山东大学学报(工学版). 2011(01)
[6]矿井瞬变电磁法全空间视电阻率解释方法研究[J]. 杨海燕,邓居智,张华,岳建华. 地球物理学报. 2010(03)
[7]GPU并行计算技术分析与应用[J]. 张朝晖,刘俊起,徐勤建. 信息技术. 2009(11)
[8]隧道含水构造直流电阻率法超前探测研究[J]. 刘斌,李术才,李树忱,钟世航. 岩土力学. 2009(10)
[9]复信号分析技术在地质雷达预报岩溶裂隙水中的应用研究[J]. 刘斌,李术才,李树忱,张庆松,薛翊国,钟世航. 岩土力学. 2009(07)
[10]大地电磁三维快速松弛反演并行算法研究(英文)[J]. 林昌洪,谭捍东,佟拓. Applied Geophysics. 2009(01)
博士论文
[1]隧道含水构造三维瞬变电磁场响应特征及突水灾害源预报研究[D]. 孙怀凤.山东大学 2013
[2]基于GPU的三维有限差分直升机瞬变电磁响应并行计算[D]. 关珊珊.吉林大学 2012
[3]基于MPI和GPU直流电法和大地电磁法三维正演的并行算法研究[D]. 张帆.中国地质大学（北京） 2011
硕士论文
[1]带地形的瞬变电磁法三维数值模拟[D]. 肖怀宇.中国地质大学（北京） 2006
本文编号：3572909
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/dqwllw/3572909.html
