隧道水害隐患磁共振旋转探测方法研究
发布时间：2020-12-30 13:51
地面磁共振作为一种非侵入、直接和定量探测地下水的地球物理方法,具有工作效率高及解释唯一等优点,广泛应用于我国干旱区找水及区域水文地质调查等领域,在地下水污染监测及隧道矿井水害隐患预警中也有初步应用。目前隧道水害隐患磁共振超前探测只能实现一维深度成像,难以准确反映含水通道、断层和溶洞等非层状含水构造的空间分布特征,极易因定位盲区的问题带来施工安全隐患。因此,开展隧道水害隐患的二维磁共振探测及成像研究具有重要的意义。但是隧道空间狭小,限制了探测线圈的尺寸和铺设方式,地面使用的二维和三维阵列探测方法难以适用。同时,隧道中常见的大型仪器引起的瞬时脉冲导致尖峰噪声的数量远强于地面应用环境,传统数据处理方法难以满足隧道磁共振探测信号的质量要求。因此,需要研究适用于多尖峰噪声剔除的数据预处理方法,提高信噪比。此外,隧道空间的金属支护架和大型电气设备带来的磁异常,导致拉莫尔频率随空间变化,造成磁共振与偏共振现象同时产生,严重影响反演解释的准确性。现有的成像方法难以在探测空间狭小的复杂隧道内完成高分辨率的水害隐患二维成像。因此,为了实现隧道水害隐患的高精度成像,研究高效率、高分辨率及高精准的二维磁共振探...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
016―2018年全国铁路隧道发展趋势
芷凇⒁瞧魈寤?确矫婢?邢灾?岣摺Ｍ?保?新型仪器可以为后续数据成像处理及正反演提供更为可靠的数据。随着研究的深入，在地面磁共振仪器的基础上，该团队将研究目标指向地下工程水害隐患探测与预警，2013年，自主设计并成功研制了适用于地下工程探测的JLMRS-Ⅲ型仪器。根据复杂地质工程探测实验中存在的一些问题，进一步研制出功能更为完善的JLMRS-Ⅳ型仪器，该仪器将信号传感器改进为米级线圈，采用连线方便的发射接收同一线圈，进一步缩小了仪器的体积并减轻了重量[44,45]，为实现地下工程磁共振探测迈出了重要一步。图1.2吉林大学研制的磁共振探测仪器(a)JLMRS-Ⅲ型；(b)MRS-TEM联用仪；(c)JLMRS-Ⅳ型随着JLMRS-Ⅳ型仪器的研发和使用，吉林大学磁共振技术研究团队在山西、内蒙古、黑龙江等地进行了多次野外实验，并对隧道矿井等地下工程的水害隐患进行了探测与预警，证明了该仪器已具备稳定投入隧道超前探测应用的能力[46-48]。JLMRS-Ⅳ型仪器具有重量轻、体积小的优势，适于进行地下探测，隧道超前探测所使用的磁共振仪器为吉林大学自主研发的JLMRS-Ⅳ型仪器，在吉林大学磁共振科研团队前期研究的基础上，该仪器系统在硬、软件上已具有抑制工频谐波和随机噪声的能力。JLMRS-Ⅳ型仪器具有重量轻、体积小的优势，且目前该仪器系统在硬、软件上已具备抑制工频谐波和随机噪声等功能。因此，借助该仪器
吉林大学博士学位论文14异常，导致拉莫尔频率随空间变化，造成磁共振和偏共振同时存在的问题，提出基于频率曲线的金属干扰自校正方法；针对复杂水体结构难以简单等效为一维含水层的问题，提出基于旋转探测的隧道水害隐患二维成像方法；最后，采用吉林大学JLMRS-Ⅳ型隧道磁共振探测系统进行了野外试验，通过旋转探测方法实现了隧道水害隐患的二维含水体成像，并对探测方法的效果进行分析，验证了方法的实效性。图1.3研究思路与研究内容框图本文主要研究内容为：(1)基于磁共振探测原理及方法，结合隧道磁共振信号特点，提出了基于旋转天线的隧道磁共振二维探测方式，计算出不同旋转角度的二维灵敏度核函数，分析了含水通道、断层及溶洞三个典型隧道空间含水体的响应特征，从原理上阐明了通过旋转探测方法可以实现二维水害隐患重构的原因。利用不同旋转探测角度的分辨率，分析了旋转次数和噪声水平对旋转探测的影响。(2)针对抑制尖峰噪声方法存在替换尖峰段数据或删除尖峰段数据，影响*2T结果的问题，提出一种基于协同滤波的旋转探测尖峰噪声抑制方法，通过利用不含尖峰噪声的数据计算协同滤波参数，进而实现尖峰噪声的抑制，验证了方法的有效性。比对了小波变换的尖峰噪声抑制方法的降噪效果。分析了不同高斯噪声水平对尖峰噪声抑制效果的影响。实现了在不损失有效信号质量的前提下完成了对噪声的压制。
【参考文献】：
期刊论文
[1]瞬变电磁法在石墨矿采空区探查中的应用[J]. 万宏伟,崔江伟,王施智,黄大海. 陕西煤炭. 2019(05)
[2]瞬变电磁法在水利工程冬季勘察中的应用[J]. 王志豪,赵吉祥,王杰. 东北水利水电. 2019(08)
[3]陆地声纳法在探测岩溶区高铁隧道基底隐患中的应用[J]. 王泽峰,钟世航. 中国岩溶. 2019(04)
[4]地质雷达在铁路隧道仰拱检测中的应用[J]. 荆韦庄. 西部探矿工程. 2019(08)
[5]中国隧道工程技术发展40年[J]. 严金秀. 隧道建设(中英文). 2019(04)
[6]瞬变电磁法在隧道裂隙水超前探测中的应用研究[J]. 刘锦东. 路基工程. 2019(02)
[7]截至2018年底中国铁路隧道情况统计[J]. 赵勇,田四明. 隧道建设(中英文). 2019(02)
[8]探地雷达在岩溶区隧道超前地质预报中的应用研究[J]. 苏涛,侯俊敏,车立刚. 公路工程. 2018(04)
[9]基于稀疏表示的地面磁共振信号提取方法[J]. 王琦,田宝凤,张健,蒋川东. 地球物理学报. 2018(08)
[10]地下磁共振响应特征与超前探测[J]. 林君,赵越,易晓峰,蒋川东. 地球物理学报. 2018(04)
博士论文
[1]基于冷线圈的地面磁共振地下水探测关键技术研究[D]. 杜官峰.吉林大学 2019
[2]地下水磁共振随机噪声压制方法及双余度接收系统研究[D]. 张扬.吉林大学 2018
[3]磁共振地下水探测实时抗饱和检测方法研究[D]. 张洋.吉林大学 2018
[4]地下工程水灾害隐患米级天线磁共振探测技术研究[D]. 易晓峰.吉林大学 2014
[5]核磁共振2D/3D地下水成像方法及其阵列式地面探测系统研究[D]. 蒋川东.吉林大学 2013
[6]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
[7]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]. 刘斌.山东大学 2010
[8]云南山岭公路隧道修筑技术研究[D]. 李志厚.长安大学 2009
硕士论文
[1]隧道典型突水突泥致灾构造超前探测响应特征与解释方法[D]. 刘海东.山东大学 2018
[2]中心回线装置瞬变电磁法的正反演研究[D]. 宋芳.重庆大学 2018
本文编号：2947752
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
016―2018年全国铁路隧道发展趋势
芷凇⒁瞧魈寤?确矫婢?邢灾?岣摺Ｍ?保?新型仪器可以为后续数据成像处理及正反演提供更为可靠的数据。随着研究的深入，在地面磁共振仪器的基础上，该团队将研究目标指向地下工程水害隐患探测与预警，2013年，自主设计并成功研制了适用于地下工程探测的JLMRS-Ⅲ型仪器。根据复杂地质工程探测实验中存在的一些问题，进一步研制出功能更为完善的JLMRS-Ⅳ型仪器，该仪器将信号传感器改进为米级线圈，采用连线方便的发射接收同一线圈，进一步缩小了仪器的体积并减轻了重量[44,45]，为实现地下工程磁共振探测迈出了重要一步。图1.2吉林大学研制的磁共振探测仪器(a)JLMRS-Ⅲ型；(b)MRS-TEM联用仪；(c)JLMRS-Ⅳ型随着JLMRS-Ⅳ型仪器的研发和使用，吉林大学磁共振技术研究团队在山西、内蒙古、黑龙江等地进行了多次野外实验，并对隧道矿井等地下工程的水害隐患进行了探测与预警，证明了该仪器已具备稳定投入隧道超前探测应用的能力[46-48]。JLMRS-Ⅳ型仪器具有重量轻、体积小的优势，适于进行地下探测，隧道超前探测所使用的磁共振仪器为吉林大学自主研发的JLMRS-Ⅳ型仪器，在吉林大学磁共振科研团队前期研究的基础上，该仪器系统在硬、软件上已具有抑制工频谐波和随机噪声的能力。JLMRS-Ⅳ型仪器具有重量轻、体积小的优势，且目前该仪器系统在硬、软件上已具备抑制工频谐波和随机噪声等功能。因此，借助该仪器
吉林大学博士学位论文14异常，导致拉莫尔频率随空间变化，造成磁共振和偏共振同时存在的问题，提出基于频率曲线的金属干扰自校正方法；针对复杂水体结构难以简单等效为一维含水层的问题，提出基于旋转探测的隧道水害隐患二维成像方法；最后，采用吉林大学JLMRS-Ⅳ型隧道磁共振探测系统进行了野外试验，通过旋转探测方法实现了隧道水害隐患的二维含水体成像，并对探测方法的效果进行分析，验证了方法的实效性。图1.3研究思路与研究内容框图本文主要研究内容为：(1)基于磁共振探测原理及方法，结合隧道磁共振信号特点，提出了基于旋转天线的隧道磁共振二维探测方式，计算出不同旋转角度的二维灵敏度核函数，分析了含水通道、断层及溶洞三个典型隧道空间含水体的响应特征，从原理上阐明了通过旋转探测方法可以实现二维水害隐患重构的原因。利用不同旋转探测角度的分辨率，分析了旋转次数和噪声水平对旋转探测的影响。(2)针对抑制尖峰噪声方法存在替换尖峰段数据或删除尖峰段数据，影响*2T结果的问题，提出一种基于协同滤波的旋转探测尖峰噪声抑制方法，通过利用不含尖峰噪声的数据计算协同滤波参数，进而实现尖峰噪声的抑制，验证了方法的有效性。比对了小波变换的尖峰噪声抑制方法的降噪效果。分析了不同高斯噪声水平对尖峰噪声抑制效果的影响。实现了在不损失有效信号质量的前提下完成了对噪声的压制。
【参考文献】：
期刊论文
[1]瞬变电磁法在石墨矿采空区探查中的应用[J]. 万宏伟,崔江伟,王施智,黄大海. 陕西煤炭. 2019(05)
[2]瞬变电磁法在水利工程冬季勘察中的应用[J]. 王志豪,赵吉祥,王杰. 东北水利水电. 2019(08)
[3]陆地声纳法在探测岩溶区高铁隧道基底隐患中的应用[J]. 王泽峰,钟世航. 中国岩溶. 2019(04)
[4]地质雷达在铁路隧道仰拱检测中的应用[J]. 荆韦庄. 西部探矿工程. 2019(08)
[5]中国隧道工程技术发展40年[J]. 严金秀. 隧道建设(中英文). 2019(04)
[6]瞬变电磁法在隧道裂隙水超前探测中的应用研究[J]. 刘锦东. 路基工程. 2019(02)
[7]截至2018年底中国铁路隧道情况统计[J]. 赵勇,田四明. 隧道建设(中英文). 2019(02)
[8]探地雷达在岩溶区隧道超前地质预报中的应用研究[J]. 苏涛,侯俊敏,车立刚. 公路工程. 2018(04)
[9]基于稀疏表示的地面磁共振信号提取方法[J]. 王琦,田宝凤,张健,蒋川东. 地球物理学报. 2018(08)
[10]地下磁共振响应特征与超前探测[J]. 林君,赵越,易晓峰,蒋川东. 地球物理学报. 2018(04)
博士论文
[1]基于冷线圈的地面磁共振地下水探测关键技术研究[D]. 杜官峰.吉林大学 2019
[2]地下水磁共振随机噪声压制方法及双余度接收系统研究[D]. 张扬.吉林大学 2018
[3]磁共振地下水探测实时抗饱和检测方法研究[D]. 张洋.吉林大学 2018
[4]地下工程水灾害隐患米级天线磁共振探测技术研究[D]. 易晓峰.吉林大学 2014
[5]核磁共振2D/3D地下水成像方法及其阵列式地面探测系统研究[D]. 蒋川东.吉林大学 2013
[6]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
[7]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]. 刘斌.山东大学 2010
[8]云南山岭公路隧道修筑技术研究[D]. 李志厚.长安大学 2009
硕士论文
[1]隧道典型突水突泥致灾构造超前探测响应特征与解释方法[D]. 刘海东.山东大学 2018
[2]中心回线装置瞬变电磁法的正反演研究[D]. 宋芳.重庆大学 2018
本文编号：2947752
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