模糊综合评判法在隧道岩体含水性预报中的应用

为了综合利用各种超前地质预报方法,得出一个相对正确的结论,提出应用模糊综合评判法进行超前地质预报。结合工程实例,从建立评判集、因素集、求取各因素的相对权重等方面介绍模糊综合评判法在超前地质预报中的应用。通过工程实际应用,证明该方法是可行的。

基于CPML边界条件的水下地质雷达数值模拟

水下的地质雷达探测与常规的地质雷达探测具有显著的不同点。文中对CPML吸收边界条件的公式进行推导,并通过数值模拟对均匀介质以及非均匀介质中吸收边界条件的吸收效果进行了验证,数值模拟的波场快照证明了CPML吸收边界条件在水下的地质雷达数值模拟中具有很好的吸收效果。通过对水平层状介质模型以及倾斜层状介质模型开展数值模拟,并结合实际探测的雷达图像,证明地质雷达对于水下地层的探测能够取得良好的效果;通过对空洞体位于不同深度时的数值模拟,证明了地质雷达对于水下的空洞探测也能对其位置及规模进行较为准确的判断。这为水下地质灾害的探测提供了理论依据及指导。

ARSIS概念下基于第二代Curvelet变换的遥感影像融合方法

ARSIS概念下的遥感影像融合中多尺度分析方法层出不穷,经典的小波分析方法因为方向有限且是各向同性的,因此不能"稀疏"表达二维图像中的线奇异以及边缘方向,在融合影像中引入一定程度模糊。曲波(Curvelet)作为一种新的多尺度分析方法比小波分析更加适合分析二维图像中的曲线或直线状边缘特征,而且具有更高的逼近精度和更好的稀疏表达能力。本文利用第二代Curvelet作为多尺度分析工具,并提出一种新的分量融合模型,粗尺度分量线性加权融合,不同层次细尺度分量采用不同融合模型,1°和2°层对全色影像A分量进行调整使其与多光谱影像B分量具有相同的概率密度函数;3°层基于对全色影像和多光谱影像分量的相关性判断来调整融合分量。利用该方法对SPOT-5影像进行了融合实验,并对比小波融合方法和传统模型下的Curvelet融合方法。实验结果表明Curvelet方法无论在光谱保真度还是空间细节增强方面都优于小波方法,且本文提出的融合模型提高了传统模型下Curvelet的融合效果。

T梁预应力波纹管压浆密实度超声检测试验研究

在室内模型和试验梁上进行大量的超声阵列检测试验,研究影响检测效果的主要因素,并通过添加高阻尼材料的方法,压制直达波和面波的干扰;通过透射波首波起跳时间和频谱分析,总结塑料和金属波纹管压浆存在缺陷时的透射波波场响应特征;利用合成聚焦成像技术对反射波进行成像。通过这种反射和透射相结合的试验检测方法,在对压浆不密实区域的定性判断和定量计算方面,取得了较好的效果。

瞬变电磁法对低阻薄层的分辨能力研究

从垂直磁偶极源激发的频率域电场出发,采用回线源瞬变电磁法一维正演方法,分别计算了低阻薄层随埋深厚度比和电阻率差异比变化时的感应电动势。依据电磁法探测的体积效应,对传统二分法进行了改进并定义了全区视电阻率的计算方法,并在此基础上分别绘制了低阻薄层埋深厚度比为1∶1.2、1∶1.5、1∶2及1∶4,电阻率差异比为1∶5、1∶10及1∶20的视电阻率曲线。通过对比不同地电模型视电阻率曲线的特征,指出了不同电阻率差异比时,瞬变电磁法对低阻薄层的分辨极限,归纳了瞬变电磁法对低阻薄层的识别及分辨能力,这对于研究地下水平层状介质的垂直电性变化具有重要意义。

基于互相关函数对钻孔雷达层析成像的改进

常用的旅行时提取方法在针对大收发角度数据进行提取时,因其低信噪比而显得较为艰难且不够准确。提出一种新的基于互相关函数的方法对旅行时提取方法进行改进。首先对数据进行归一化并按角度对数据分类;然后对相同收发角度数据与该角度信噪比最大的数据进行互相关处理并叠加,从而得到该收发角度数据的参考波形;最后根据参考波形的初至波到达时间对该角度数据进行互相关处理,得到每道数据的初至波旅行时。通过计算机模拟的结果和对RAMAC雷达采集的实际数据进行分析处理的结果,对该方法的准确性进行了论证,与常规旅行时提取法得出的层析成像图相对比,该方法得到的层析成像图更为精确、清晰,能为判断地下异常提供更为有力的帮助。

基于非结构化网格的瞬变电磁2.5维有限元正演模拟

利用Delaunay三角化这种网格非结构化方法,通过编程实现了二维模型的非结构化三角形网格剖分,并编写了中心回线法瞬变电磁2.5维有限元正演程序。与前人计算结果对比,在取得相同计算精度的情况下,与结构化网格相比,非结构化网格所需网格和节点数量大大减少,计算效率更高。通过将非结构化网格法引入到瞬变电磁2.5维正演模拟中,实现了对复杂二维地电模型的有限元数值模拟,提高了现有有限元算法的应用范围。

黏弹性EDA介质中地震波的衰减特性研究

本文首先由Christoffel方程推导出黏弹性EDA介质中均匀、非均匀P波、SV波和SH波的相速度表达式,然后参照极端各向异性介质的相关计算方法,推导出EDA介质中均匀、非均匀地震波相衰减系数和群衰减系数的表达式,并通过数值计算分析了相速度、相衰减系数、群衰减系数与裂隙方位的关系.结果表明:均匀介质中SH波的相速度和相衰减系数均可指示裂隙的走向;非均匀介质中SH波相衰减系数随非均匀角的增大而增大,且其对称轴与介质对称轴的夹角也相应增加;由于地震波振幅的衰减随岩石物理性质的变化比地震波速度的变化更为灵敏,而且携带了更多的岩石物理性质信息,因此可用来探明裂隙走向、密度及含水特性,进而应用于预测、预防地下工程地质灾害事故.

瑞雷波和瞬变电磁法在探测隧道含水破碎带中的综合应用

在隧道施工过程中经常会遇到含水的破碎带,如果不能提前采取处理措施,将会引起突水、塌方等地质灾害,严重威胁施工安全。由于含水破碎带通常表现为地震波速降低,瑞雷波发生速度频率分散;而对于电法勘探则表现为低电阻率。本文提出了应用瑞雷波和瞬变电磁法相结合的综合探测方法,即综合分析低波速、低电阻率的"双低"区,能够较为准确的确定饱水断裂带、破碎带、含水溶洞的位置及大致规模。

基于相控震源的深部矿体微弱信号增强方法

为有效探测深部矿体,研究地震波微弱信号增强技术至关重要。采用有限差分法,对不同震源激发方式产生的地震波场响应进行数值模拟。震源方向特征、单炮记录和单道反射波的对比结果表明:相对于单震源和组合震源,相控震源可以明显改变地震波场能量的分布,增强深部矿体微弱的反射信号。延迟参数不同,对微弱信号的增强能力也不同,可以根据需要设置合适的延迟参数。总体来说,相控震源可以为深部矿体勘探提供有利条件。

基于旅行时修正的钻孔雷达层析成像改进

基于钻孔雷达的波幅采用速度层析成像时,大收发角度雷达波幅因其信噪比低,旅行时提取较困难等问题,钻孔雷达雷达波幅层析成像精度不高。通过计算证明电磁波能量是从发射天线中心点传播至末端,再由接收天线末端传播至其中心。依据此传播路径采用互相关函数对旅行时的提取进行优化,并得到相应的电磁波波速。利用优化后的旅行时与波速得到旅行时的修正值,并根据修正后的旅行时进行速度层析成像,将进行旅行时修正的层析成像图与未进行旅行时修正的层析成像图进行对比。研究结果表明:经过旅行时修正后得到的层析成像结果更加精确,证明对钻孔雷达层析成像的改进方法是可行的。

探测岩溶隧道突水突泥塌方体规模的综合方法

提出了一种岩溶隧道突水突泥塌方体规模的综合探测方法,即运用地质分析法,与地质雷达、地质钻探相结合的综合探测方法。通过实际工程运用,取得了较好的效果。

基于摄动法的弱各向异性介质地震波传播特征近似

地球椭球面上的经线交于极点而纬线则相互平行。地图上的经纬网是地球椭球面上的经纬网的拓扑映射。投影网中极点到坐标原点的距离函数关联着7类常规地图投影的分类。距离等于零时对应着方位投影;距离为有限由于精确传播特征表达式较复杂,不利于参数反演,因此有必要推导其近似的线性表达式,本文主要完成了三个方面的工作:用摄动法求解Christoffel方程,进一步用确定了qp、qs波的相速度、偏振向量;推导了极端弱各向异性介质中qP、qS波群速度的一阶表达式,并对已有的研究成果进行了补充和完善;在极端各向异性表达式的基础上,推导了VTI、HTI介质中的地震波属性表达式。

超声波平测法在隧道二衬裂缝检测中的应用

随着山区高速公路的不断发展,隧道应用也越来越广泛,且随着运营时间的增长,隧道病害越来越多,其中影响较大的是二衬开裂,一方面影响隧道的结构稳定,另一方面引起隧道渗水。因此对隧道裂缝的检测及加固显得越来越重要。超声波作为裂缝无损检测方法具有穿透能力强,检测成本低等优点,在混凝土桥梁、隧道等大体积混凝土质量检测中得到了广泛的应用。利用超声脉冲波在混凝土中传播的时间,接收波的振幅、频率和波形等声学参数的相对变化,可判断混凝土内部的充填状态、裂缝深度等。隧道衬砌只具有一个面,检测时只能采用平测法,平测时应在裂缝的被测部位,以不同的测距,按跨缝和不跨裂缝布置测点进行检测,通过对比分析判定裂缝的充填状态及其发育深度。将超声波法与裂缝宽度检测仪综合使用,同时探测裂缝的宽度及发育深度,并将检测结果采用Matlab软件进行三维显示,使结果更为简洁、直观,为后期的加固设计、施工提供了坚实的基础。

钻孔地质雷达天线收发信号数值模拟

为了解决钻孔地质雷达数值模拟中天线长度的影响,通过理论推导和数值计算研究天线中电流于电压的相互转换。对于发射的信号,首先根据激发的电压与的卷积得到天线中电流的分布,从而得到计算区域的电场;对于接收信号接收天线处的电场与卷积得到该无限小的天线电流强度,然后根据天线长度对其进行积分得到天线总电流的大小,与接收天线的负载电阻相乘即可得到该时刻接收到的电压大小。结果表明:接收信号波形与发射信号波形基本相同。证明了在考虑天线长度的前提下,根据文中算法得到的收发信号表达式是准确的。

地质雷达在桥梁预应力管道注浆质量检测中的应用

预应力管道注浆密实度直接影响桥梁使用的安全性和耐久性,针对预应力管道为塑料波纹管的情况,通过数值模拟验证了方法的可行性,总结了存在缺陷的地质雷达图像特征。在工程检测实践中,对圈定的异常区域进行了开窗验证,验证结果与推测结论吻合度较高,证明了采用地质雷达检测塑料波纹管内注浆质量的可行性和可靠性。

各向异性介质中地震波参数反演及其在隧道不良地质预报中的应用

以HTI(horizontal transverse isotropy)介质中的动校正速度、慢度向量及走时方程为基础,通过坐标旋转,推导EDA(extensive dilatancy anisotropy)裂隙诱导介质中动校正速度的射线参数表达式;通过对地震广角反射勘探数据进行速度分析,获取动校正速度;基于拟牛顿法的最优化射线追踪法,确定地层界面最佳几何参数。研究结果表明:采用射线参数反演的速度与理论计算速度相对误差小于5%;利用动校正速度的各向异性特征可确定EDA介质的裂隙发育方位;通过射线追踪及多项式拟合可确定多层倾斜地层界面;当加入噪声时,反演的裂隙方位角和各向异性参数相对误差均在5%以内,加入高斯噪声后,裂隙方位角和各向异性参数相对误差均在10%以内,其余参数相对误差在5%以内;速度谱与衰减分析结果一致;裂隙走向反演结果误差为±5°;所提出的反演方法可应用于隧道裂隙发育及富水区预报,具有较高预报精度。

黏弹性HTI介质中地震波的传播特征

为了提高地质勘探的精度,本文主要通过理论推导和数值模型计算研究了黏弹性HTI(horizontal transverse isotropy)介质中地震波的传播特征,其参数包括相速度、慢度、偏振向量等,并基于依据传播方向定义的慢度向量和分量定义的慢度向量,通过求解Christoffel方程推导出黏弹性HTI介质中均匀波的相速度、偏振向量、慢度、群速度的精确计算公式,经过对比分析得出:特殊分量法在给定传播方向N的情况下提供了一种更为简单的求取无约束黏弹性各向异性介质中均匀、非均匀波波动参数的方法。采用特殊分量法,推导了黏弹性HTI介质中非均匀波的二维、三维波动参数表达式,并采用数值模型计算,研究了黏弹性HTI介质中非均匀SH波的相速度随非均匀系数D及弹性参数虚部k值的变化规律,结果表明D影响了地震波的相速度大小,但对其方位特性无影响,可见在黏弹性HTI介质中相速度随方位角变化的规律可指明介质的对称轴方向,k值的大小也对相速度的各向异性产生影响,但沿对称轴方向速度大小不变。

裂隙介质中地震波传播特征近似

地震波传播的精确表达式能够精确表达地震波在介质中的传播特征,但由于表达式较复杂,为一些参数隐性表达式,这不利于参数反演,因此有必要研究其近似的线性表达式,以便进行参数反演,准确探测地层结构。在扰动法求解Christoffel方程,得到弱各向异性条件下qP、qS相速度、群速度近似表达式的基础上,依据介质模型坐标与观测坐标,各种介质弹性系数矩阵关系式推导出裂隙介质中地震波相速度、偏振向量及群速度的近似表达。数值计算结果表明,当各向异性系数在0.3以内时,对一般裂隙各向异性介质都适用,且具有较高的精度,在各向异性系数大于0.3时,纵波(P波)仍然具有较高的精度,但横波(S波)的误差增大到50%,主要是因为扰动解是在弱各向异性条件下推导的,因此在介质各向异性系数较小的情况下,为地震波速度分析及参数反演奠定了基础。

Borehole-GPR numerical simulation of full wave field based on convolutional perfect matched layer boundary

The absorbing boundary is the key in numerical simulation of borehole radar.Perfect match layer(PML) was chosen as the absorbing boundary in numerical simulation of GPR.But CPML(convolutional perfect match layer) approach that we have chosen has the advantage of being media independent.Beginning with the Maxwell equations in a two-dimensional structure,numerical formulas of finite-difference time-domain(FDTD) method with CPML boundary condition for transverse electric(TE) or transverse magnetic(TM) wave are presented in details.Also,there are three models for borehole-GPR simulation.By analyzing the simulation results,the features of targets in GPR are obtained,which can provide a better interpretation of real radar data.The results show that CPML is well suited for the simulation of borehole-GPR.