隧(巷)道掘进工作面-钻孔瞬变电磁超前探测方法物理模拟试验研究

隧(巷)道掘进工作面-钻孔瞬变电磁超前探测方法是在隧(巷)道超前钻孔的基础上,将接收传感器置于钻孔之中,沿钻孔不同深度进行测量,形成瞬变电磁响应的深度-时间剖面曲线,进而判定掘进工作面前方是否存在含水构造。物理模拟试验显示:在使用较小发送磁矩情况下,深部很难观测到有效信号;使用较大发送磁矩激发时,晚期时间和深部会出现感应电压方向反号的现象,利于判断异常体的存在,且掘进工作面前方存在高阻或低阻目标时观测曲线在幅值和方向反号时间上均存在明显差异,可以判断掘进工作面前方是否存在异常构造。该方法利用已有钻孔开展探测,不需要增加额外成本,可提高判定灾害源是否存在的精度。

基于基床系数法的劈裂注浆过程分析

为了揭示劈裂注浆中浆液扩散的动态过程及变化规律,基于基床系数法,研究了劈裂注浆过程中尺寸效应对土体变形的影响,建立了不同土体的劈裂缝宽度方程;假设浆液按平面辐射圆扩散,根据浆土应力耦合特性以及质量守恒定律对土体劈裂注浆过程进行了分析,获得了浆液扩散半径变化方程、浆液压力时空变化方程、劈裂缝宽度时空变化方程,并对浆液扩散规律与影响因素进行了分析。分析结果表明：浆液扩散半径随时间不断增长,但增长速率不断变缓,与基床系数标准值正相关,与浆液黏度负相关,黏性土小于砂土;浆液压力与时间、基床系数标准值正相关,绝大部分位置与浆液黏度正相关,黏性土小于砂土;劈裂缝宽度与时间正相关,绝大部分位置与基床系数标准值负相关、浆液黏度正相关,大部分位置黏性土大于砂土。与现场试验对比分析表明,理论计算值与实测值差异在可接受范围内,验证了本理论的合理性。

基于虚土桩模型的层状地基群桩沉降研究

群桩中各基桩之间的加筋与遮帘效应和桩端土体变形是群桩沉降计算中的关键部分,极大地影响计算结果的准确性,然而,目前相关的研究仍显不足。采用剪切位移法原理分析了各基桩之间的加筋与遮帘效应,通过荷载传递法原理推导出层状地基土中各基桩桩底、顶之间的沉降与轴力关系式;基于虚土桩模型,探讨了虚土桩长度的影响因素并给出了定量计算公式,得到了层状地基土中各虚土桩顶、底之间的沉降与轴力关系式;利用基桩与虚土桩的边界条件和平衡关系确定柔度系数矩阵,进而根据不同的承台形式求得群桩沉降。工程案例计算表明,理论计算与实测值吻合较好,该方法具有较高的准确性。其研究结果对群桩沉降计算理论的发展具有一定的补充和推动作用。

浅层岩溶瞬变电磁响应规律试验研究

针对浅层岩溶塌陷产生的工程与环境问题,研究瞬变电磁对浅层岩溶的响应规律。通过分析将浅层岩溶概化为充填与半充填两类地电模型,采用时域有限差分法进行三维正演计算,对比分析电性差异、规模差异以及埋深差异情况下的瞬变电磁衰减曲线特征和视电阻率曲线变化规律。通过数值试验发现:浅层岩溶充填物的电阻率越低、规模越大,瞬变电磁衰减曲线中的异常响应幅值越大;浅层岩溶的瞬变电磁异常响应主要集中在早期;瞬变电磁对具有一定规模的充填模型与半充填模型均有较好的识别能力。选择某已知区域进行现场试验,瞬变电磁能够圈定岩溶异常,并发现未揭露的潜在岩溶发育区。数值试验和现场试验表明,瞬变电磁探测浅层岩溶需要更早的观测时间和更小的关段时间。

隧道瞬变电磁超前探测去噪方法试验研究与应用

隧道等地下工程在施工过程中常面临突水突泥等地质灾害,瞬变电磁法能够基于介质间的电阻率差异对掌子面前方的含水构造进行探测和定位。但由于隧道环境存在较多的干扰,实际探测获取的中晚期数据质量相对较差而无法使用。设计均匀半空间模型和三层经典模型研究瞬变电磁法探测的感应电动势转化成视电阻率的适用性,发现在无干扰时晚期数据转化效果良好,在强干扰情况下晚期数据转化效果较差。使用这2种模型,分别对比3种滤波算法改善晚期数据质量,改善瞬变电磁场强干扰环境下晚期衰减曲线的信噪比,提高瞬变电磁探测深度。现场试验发现,采用滤波算法与传统直接截断方法对比后,晚期数据可以使用,有效提高了探测深度,早期数据成像结果与直接截断方式成像结果相同,滤波算法不影响早期数据。

隧道瞬变电磁超前探测装置型式对比与试验研究

为了研究隧道瞬变电磁超前探测中不同装置型式对采集数据和成像结果的影响,通过数值试验和现场试验对比了4种掌子面收发装置布设方式:即中心回线装置和3种偶极装置(分别为固源直线接收偶极装置、固源拱形接收偶极装置、固源等距接收偶极装置)。采用时域有限差分方法对掌子面前方包含直立含水断层和倾斜充水断层进行正演计算,对模拟曲线进行了对比和分析;并利用某水电站现场的已知试验条件进行试验数据采集;数值和现场试验的数据均采用全域视电阻率计算方法进行视电阻率成像。通过数值试验和现场试验对比,发现4种装置型式均可以成像确定含水体位置,但不同装置型式的探测结果有所差异:(1)固源直线接收偶极装置对于识别含水体的位置和形态最为有效;(2)中心回线装置能够有效识别含水体的位置,但是识别含水体形态效果不好;(3)固源等距接收偶极装置对于含水体形态识别能力较好,但是识别含水体位置能力不强;(4)固源拱形接收偶极装置识别含水体的位置和形态都不理想。综上所述,固源直线接收偶极装置对于识别含水体的位置和形态在4种装置型式中最为有效,而且发射源固定于掌子面,只需移动数据接收机,易于提高工作效率。