隧道掌子面前方不良地质体地电参数敏感度分析
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摘要
随着我国高速铁路、高速公路、海底隧道工程的建设,地质灾害一直都是威胁隧道与地下工程施工安全的主要灾害。在这些地质灾害中,地下水是影响隧道修建速度和威胁工程施工安全最主要因素之一,如:岩溶溶洞、暗河、岩溶陷落柱、岩溶淤泥带和富水断层破碎带等不良地质结构体,都会给隧道与地下工程的修建和运营带来困难和危害。显然,要避免这些地质灾害的发生,隧道地质灾害超前预报就显得尤为重要。目前,超前地质预报的方法不少,这些方法在应用中各有所长。但是在施工中,探测掌子面前方的水体病害方面,尚是一个待攻克的难题。
瞬变电磁法是对充水充泥的不良地质体进行超前地质预报的新方法。瞬变电磁法对低阻充水断层、充泥充水溶洞、充水充泥破碎带等不良地质体反应灵敏。本文应用有限元软件ANSYS,采用数值模拟的方法对瞬变电磁法超前地质预报进行了数值模拟分析。从影响瞬变电磁法超前地质预报的响应异常入手,对两类形态的低阻不良地质体的数值模型进行了深入的研究;分析研究了影响地质体响应异常的影响因素及响应异常随影响因素的变化规律;通过数值模拟对地质体数值模型的瞬变电磁响应的多因素分析,对影响因素的敏感度进行了研究。
With the construction of high speed railway, highway and submarine tunnel, geologic disaster always plays the main part of influencing construction and operation safe of tunnel and underground engineering, among this geologic disaster, underground water is one of the main factors, for example, karst cave, underground river, karst sink hole, karst muddy belts, water-saturated fracture zone and so on, all this can bring on difficulty and harm to construction and operation of tunnel and underground engineering. By all appearance, tunnel geological hazard forecasting plays an important part in avoiding these geological hazards. Presently, there are many method used in the field of tunnel geological hazard forecasting and these methods have their own advantage each other. But there is an unsolved problem in the exploration of unfavorable geologic in the advanced forecast of geology in tunnel filled with water in the advanced forecast of geology in tunnel.
Transient Electromagnetic method (TEM) is a new method used to forecast the unfavorable geologic filled with water or mud. The new method is sensitive to the unfavorable low resistively geologic bodies filled with water or mud such as faults, caves, zones of rock fracture and water-saturated fracture zone. This thesis adopts the finite element software ANSYS to analyze transient electromagnetic method Geological Prediction. In-depth study is carried on two forms of low resistively adverse geology from the impact of the transient electromagnetic abnormal response. Influencing factors of the geological anomaly response and the law of the abnormal response changing with the factor were studied. The transient electromagnetic response of multi-factor and the sensitivity of the factors were studied using the numerical Methods.
瞬变电磁法是对充水充泥的不良地质体进行超前地质预报的新方法。瞬变电磁法对低阻充水断层、充泥充水溶洞、充水充泥破碎带等不良地质体反应灵敏。本文应用有限元软件ANSYS,采用数值模拟的方法对瞬变电磁法超前地质预报进行了数值模拟分析。从影响瞬变电磁法超前地质预报的响应异常入手,对两类形态的低阻不良地质体的数值模型进行了深入的研究;分析研究了影响地质体响应异常的影响因素及响应异常随影响因素的变化规律;通过数值模拟对地质体数值模型的瞬变电磁响应的多因素分析,对影响因素的敏感度进行了研究。
With the construction of high speed railway, highway and submarine tunnel, geologic disaster always plays the main part of influencing construction and operation safe of tunnel and underground engineering, among this geologic disaster, underground water is one of the main factors, for example, karst cave, underground river, karst sink hole, karst muddy belts, water-saturated fracture zone and so on, all this can bring on difficulty and harm to construction and operation of tunnel and underground engineering. By all appearance, tunnel geological hazard forecasting plays an important part in avoiding these geological hazards. Presently, there are many method used in the field of tunnel geological hazard forecasting and these methods have their own advantage each other. But there is an unsolved problem in the exploration of unfavorable geologic in the advanced forecast of geology in tunnel filled with water in the advanced forecast of geology in tunnel.
Transient Electromagnetic method (TEM) is a new method used to forecast the unfavorable geologic filled with water or mud. The new method is sensitive to the unfavorable low resistively geologic bodies filled with water or mud such as faults, caves, zones of rock fracture and water-saturated fracture zone. This thesis adopts the finite element software ANSYS to analyze transient electromagnetic method Geological Prediction. In-depth study is carried on two forms of low resistively adverse geology from the impact of the transient electromagnetic abnormal response. Influencing factors of the geological anomaly response and the law of the abnormal response changing with the factor were studied. The transient electromagnetic response of multi-factor and the sensitivity of the factors were studied using the numerical Methods.
引文
[1]牛之琏.时间域电磁法原理.中南工业大学出版社,1992
[2]王国强.实用工程数值模拟技术及其在Ansys上的实践,西北工业大学出版社,1999
[3]刘国兴.电法勘探原理与方法.地质出版社,2005
[4]张榴晨、徐松.有限元法在电磁计算中的运用.中国铁道出版社,1996
[5]熊浩.电磁波传播与空间环境.电子工业出版社,2004
[6]朴化荣.电磁测深法原理.地质出版社,1990
[7]蒋邦远,实用近区磁源瞬变电磁法勘探.地质出版社,1998.12
[8]谢德馨、姚缨英、白保东、李锦彪.三维涡流场的有限元分析.机械工业出版社,2001.3
[9]林志光、梅寒.从SDC-3型堤坝隐患探测仪的应用浅析我国堤防隐患探测技术的发展.广东水利水电,2004.6,第三期
[10]房纯刚、鲁英、葛怀光、柯志泉、贾永梅.堤防管涌渗漏隐患探测新方法.水利水电技术,2001,第三期
[11]中国科学院地质研究所.军都山隧道快速施工超前地质预报指南.中国铁道出版社.1990
[12]齐传生.TSP202隧道地震波超前地质预报系统的应用.世界隧道,1999年第一期
[13]何发亮、李苍松.隧道施工期地质超前预报技术的发展.现代隧道技术,2001年6月,第38卷第3期
[14]陈建峰.隧道施工地质超前预报技术比较.地下空间,2003年3月,第23卷第1期
[15]何发亮、李苍松.隧道施工地质超前预报技术的发展.现代隧道技术,2001年6月,第38卷第3期
[16]朱正国、卿志.时域瞬变电磁法在裸露灰岩地区岩溶探测研究.铁道勘察,2004年第1期
[17]王良奎.多种超前地质预报方法在隧道施工中的应用.金属矿山,2001年 第11期
[18]吴俊、毛海和、应松、夏才初.地质雷达在公路隧道短期地质超前预报中的应用.岩石力学,2003年10月,第29卷
[19]房纯刚、葛怀光、贾永梅、鲁英、柯志泉.瞬变电磁法用于堤防渗漏隐患探测的技术问题.大坝观测与土工测试,2001年10月,第25卷第5期
[20]柳杨春.HSP地质超前预报技术及其运用.西部探矿工程,1997年9月
[21]戴定漩、丁进、马昌今、陈道海.瞬变电磁法在工程地质勘察中的运用.物探与化探,1995年10月,第19卷第5期
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[24]单娜琳、阮百尧、程志平.二维有限元反演法在金矿电法勘探中的运用.桂林工学院学报,2000年5月,第20卷
[25]刘志新、许新刚、岳建华.矿井电法三维有限元正演模拟.物探化探计算技术,2003年11月,第25卷第4期
[26]殷长春、刘斌.瞬变电磁法三维问题正演及激电效应特征研究.地球物理学报,1994年,第37卷
[27]王洪勇.综合超前地质预报在圆梁山隧道中的应用.现代隧道技术,2004年6月,第41卷第3期
[28]陈本池、牟永光、孙吉定.瞬变电磁法质料的快速反演成像技术与软件.物探与化探,2000年10月,第24卷第5期
[29]李创社、张彦鹏、李实、张立新.瞬变电磁勘探中的人工神经网络反演法.西安交通大学学报,2001年6月,第35卷第6期
[30]林长佑.瞬变电磁晚期场资料的一维反演.西北地震学报,1994.6,第16卷第2期
[31]静恩杰、.瞬变电磁法质料处理和解释.中国煤田地质,1995年12月,第7卷第4期
[32]静恩杰.瞬变电磁法基本原理.中国煤田地质,1995.6,第7卷第2期
[33]朱德兵.应用BP网络作TEM一维反演.桂林工学院学报,1997.7,第17 卷第3期
[34]严良俊、胡文宝.瞬变电磁测深一维反演及结果分析.江汉石油学院学报,1994.12第16卷
[35]李实、李创社、张彦鹏、张鹏飞、宋建平.工程勘探瞬变电磁仪关键技术研究.煤田地质与勘探.2001.2,第29卷第1期
[36]宋先旺、姜胜华.瞬变电磁法全期似电阻率、似深度求解方法与运用.矿产与地质,1997.4,第2期
[37]刘国兴,电法勘探在吉林双阳地区寻找隐伏溶洞的应用.吉林地质,1994年3月,第13卷第1期
[38]郭元欣.电法勘探在煤矿采空区范围探测中的应用.中州煤炭,2003年第6期
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[44]Christensen.Surface and borehole electric and electromagnetic methods for hydrogeological investigations,European Journal of Environmental and Engineering Geophysics 3,1998,75-90
[45]Efferφ,F.,Auken,Inversion of band limited TEM responses,Geophysical prospecting 47,1999
[46]Flis,M.F.,Newman,CzA.,Hohmann,G W.,Induced-polarization effects in time domain electromagnetic measurements.Geophysics 54,1989
[47]Goldman,M.,Tabarovsky,L.,Rabinovich,M.,On the influence of 3-D structures in the interpretation of transient electromagnetic sounding data,Geophysics 59,1994
[48]Hoversten,GM.,Morrison,H.F.,Transient fields of a current loop source above a layered earth,Geophysics 47,1982
[49]Jorgensen,F.,Andersen,H.L.,sandersen,P.,Auken,E.,Geophysical investigations of buried valleys in Denmark:an integrated application of transient electromagnetic and reflection seismic surveys,and exploratory well data,Journal of applied Geophysics 53,2003
[50]Newman.G.A.,Anderson.W.L,Hohmann.G.W.Interpretation of transient electromagnetic soundings over three-dimensional structures for the central-loop configuration.Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society 89,1987
[51]王青海、李晓红、夏彬伟、何正.超前预测预报在笔架山隧道施工中的应用.岩土力学,2005.6,第26卷第6期
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