综合物探方法在高寒高海拔地区隧道不良地质体勘查中的应用研究——以玛沁隧道为例

隧道地质工程勘察中对地下岩体的破碎和隐伏断裂勘探是一项必要的工作手段。玛沁地区属典型的高寒高海拔地区,单一物探方法因存在多解性而不能较准确地表征勘查区的不良地质体发育情况。为查明玛沁隧道浅地表强分化层的厚度、隐伏断层位置及影响带、破碎软弱带及岩体完整性等不良地质体的分布情况,应用音频大地电磁法和高密度电阻率法等综合物探方法对玛沁隧道发育的不良地质体进行勘探。综合勘查区地质特征和综合物探研究成果表明,综合物探方法在高寒高海拔地区隧道勘查中不仅能够有效识别浅地表强分化层和破碎软弱带等不良地质体,而且可提高物探解释的精度。

三峡成品油翻坝码头工程不良地质体稳定性评价及治理方案

宜昌港秭归港区茅坪作业区三峡成品油翻坝码头工程是三峡枢纽江南成品油翻坝项目的重要组成部分。综合前期地质调查和无人机勘察成果表明,宜昌港秭归港区茅坪作业区三峡成品油翻坝码头工程发育有3处危岩体、1处滑坡及1处崩岸共计5处不良地质体,对拟建水工结构物稳定性和未来运行安全有一定的影响。采用刚体极限平衡分析方法对危岩体和滑坡体的稳定性进行了量化分析,并对比研究了不同治理方案下的处置效果。在此基础上,对上述不良地质体分别给出了相应的防护设计方案和建议。

基于近景摄影测量技术的三峡翻坝码头不良地质体识别

三峡大坝蓄水至175m以来,长江上游航道改善,航运量快速增长,三峡翻坝转运模式的实施可在一定程度上缓解三峡枢纽船闸通过能力不足的矛盾。受地形地质条件限制,传统勘察手段在三峡翻坝码头中的应用具有一定的局限性。采用无人机三维影像技术进行不良地质体航拍识别,可以弥补传统调查存在安全风险、调查观测不全面、卫星影像资料分辨率低等缺陷。文章结合工程实例对应用无人机摄影技术进行危岩体勘察进行了介绍,可以为库区不良地质体的勘测设计工作提供参考。

高密度电阻率法在高速公路边坡及隧道不良地质体勘查中的应用

高密度电阻率法在工程物探勘查中应用广泛,是一种经济、快速、有效的探测方法。文章以四川省甘孜州某拟建高速公路周边部分边坡及沿线隧道不良地质体勘查为例,介绍了高密度电阻率法的工作原理,分析了工区的地质及地球物理特征,选取温纳装置对目标体进行了测量。高密度电阻率法对边坡及隧道不良地质体分辨明显,能清晰判别出覆盖层厚度及潜在滑坡的滑体、滑床、滑动带;结合剖面电性结构及地质资料,能有效划分岩性,推断断层位置及倾向,并对边坡稳定性、堆积体对隧道的影响程度作出评价,且提出了针对性建议,为下一步工作提供物探依据。

钻孔雷达探测地下不良地质体的正演模拟及其复信号分析

在工程建设中经常会遇到诸如溶洞、裂隙带和断层破碎带等不良地质体,如果不能提前探明地下是否存在不良地质体及其含水情况,将会埋下严重的安全隐患。钻孔雷达是一种十分有效的探测方法,但迄今,尚未见有针对典型不良地质体进行正演模拟并进行复信号分析的工作。结合复信号分析技术,利用振幅、相位和频率等瞬时信息对钻孔雷达探测结果进行综合分析,能够提高解译的精度和准确性。针对溶洞、裂隙和断层等典型不良地质体无水和含水的情况分别建立了数值模型,利用地质雷达正演软件GprMax对数值模型进行了正演模拟,并使用复信号分析技术对正演结果进行了分析,获取了典型不良地质体的响应特征,且当不良地质体含水时,反射信号振幅增强、相位反转、频率降低。结合工程实例对钻孔雷达探测数据进行了复信号分析,正演模拟和工程实例都表明,利用复信号分析技术,可以更加方便地对地质异常体的形态分布及其含水情况进行分析,提高了钻孔雷达解译的精度和准确性。

一种隧道水体不良地质体超前地质预报方法——瞬变电磁法

本文在现有隧道超前地质预报方法的基础上,引进了一种新的隧道超前地质预报的方法—瞬变电磁法。该法对低阻含水断层、充泥充水溶洞、含水含泥破碎带等水体不良地质体反映灵敏。通过对瞬变电磁法在隧道探测中关键技术的研究,解决了隧道背景影响和装置自身过渡过程影响等关键技术问题,成功地将瞬变电磁法用于隧道超前地质预报。通过对实例验证结果表明,应用瞬变电磁法进行隧道水体不良地质体超前地质预报是有效的。

点状不良地质体钻孔雷达响应特征的形状效应正演分析

针对钻孔地质雷达探测工作中常见的空洞、岩溶和地下埋藏物等点状不良地质体,利用时域有限差分数值模拟方法,对岩土体内不同形状和不同埋深的目标地质体进行了雷达响应正演模型研究,并分析了这些模型的实际分辨能力和应用条件。结果表明,对于不同的探测任务,应根据感兴趣目标体的几何尺寸、分辨率要求等来选择合适的天线频率;不同几何形状的点状不良地质体所呈现的雷达剖面形式各异,且雷达反射信号强弱也不同;同一频率天线其探测分辨能力随空洞埋藏深度而变化,同一埋深下,天线频率越高,高度分辨能力效果越好。研究结果可为钻孔雷达用于岩体工程勘察、灾害隐患探测提供模拟图像认知和数据判读支持。

点状不良地质体钻孔雷达响应特征——围岩及充填效应正演分析

钻孔地质雷达探测是一种有效获取高分辨率深部岩体信息的井中地球物理方法。针对钻孔地质雷达探测工作中常见的空洞、岩溶和地下埋藏物等点状不良地质体,利用时域有限差分数值模拟方法,对岩土体内点状不良地质体围岩介质和充填状况进行了雷达响应正演研究,分析了这些点状不良地质体围岩介质和充填状况对钻孔地质雷达反射信号的影响。研究结果表明,围岩与空洞内充填物的相对介电常数相对值,决定着雷达反射剖面信号的强弱对比,介电常数相对值较大时,更易确定目标地质体的前、后部界面位置,而低阻围岩的雷达波信号大部分被围岩介质吸收,通过单孔反射方法几乎不可能探测到空洞的存在。通过反射信号强度和正负相反射特性及其强弱变化,可以定性地判断空洞内填充物质的性质。

基于卷积神经网络的不良地质体识别与分类

西部大开发战略实施以来,西部地区,尤其是新疆等地,修建高速公路成为近年来的首要任务。但是,西部海拔较高,地理环境恶劣,像沙害、盐渍土、冻土和荒漠等特殊地质体广泛分布。以新疆尉犁县罗布人村寨为研究区域,针对当地典型的不良地质体遥感影像特征,重点探讨了深度学习算法中的卷积神经网络方法在不良地质体识别与分类中的应用,实验结果对比分析表明:与K-均值分类器、SVM分类器和贝叶斯分类器对比分类精度,当样本数量较少时卷积神经网络方法优势不明显,当训练样本足够大时,其分类精度达到90%左右,优势非常明显。

探地雷达的常见干扰和不良地质体的超前预报在隧道工程中的应用

为了在隧道工程中准确应用探地雷达进行超前预报,针对可能遇到的常见干扰和典型不良地质体,探讨了常见干扰的成因及其对资料解译的影响,确定常见的干扰剖面图,并分别对天线耦合干扰和金属物干扰进行举例分析,提出探地雷达在采集数据过程中避开干扰的注意事项。列举3个工程实例,分别介绍了探地雷达对溶洞、断层裂隙水、软弱夹层等不良地质体的预报研究,通过分析其典型雷达剖面图的波形、频率、振幅等特征,依此推断出隧道开挖掌子面前方潜在不良地质体的类型以及位置、构造走向等空间分布特征。该结果与实际开挖揭示的不良地质体的分布范围基本一致,验证了探地雷达在预报隧道常见不良地质体的可行性和有效性。通过总结分析常见雷达干扰图像和典型不良地质体剖面图,有助于物探工作者对复杂地质体进行更精确地解释,确保隧道施工安全。

隧道底部不良地质体的地质雷达探测数值模拟及应用

地质雷达在探明隧道底部不良地质体情况时有着重要作用,掌握隧道底部各种不良地质体在地质雷达图像上的响应特征是有效实施探测的基础。文章通过建立隧道底部复杂地质地电模型,利用时域有限差分法(FDTD)进行了数值模拟,对隧道底部存在岩溶、断层、破碎带等不同地质情况下的地质雷达图像响应特征进行了分析,为隧道底部地质雷达探测图像的精确解释提供了依据;结合某客运专线隧道底部岩溶及破碎带探测地质雷达实例,证明了地质雷达在探测隧道底部不良地质体中应用的准确性。

隧道超前地质预报中不良地质体的瞬变电磁响应特征

采用电磁场有限元方法,模拟计算隧道中瞬变电磁法预报不良地质体的视电阻率,研究视电阻率等值线图中断层、溶洞等不良地质体的瞬变电磁响应特征。研究结果表明:在不良地质体周围,视电阻率等值线相对密集,在不良地质体内部或者周围岩体,等值线相对稀疏;由此可根据等值线密集带和视电阻率相对大小,初步判断不良地质体的位置和大小。当掌子面前方存在富水溶洞时,溶洞部位视电阻率明显偏低且等值线密集;存在富水断层时,断层部位等值线密集且出现规则排列的塔形低阻区;存在干燥溶洞时,溶洞部位呈高阻区,且高阻区内部呈多个三角形组合分布;存在干燥断层时,断层部位出现近直线平行的视电阻率等值线密集高阻带。干燥溶洞和干燥断层的响应特征不易识别,需要结合地质资料进行更为细致的分析判断。部分响应特征已在实际工程中得到了应用和验证。

典型不良地质体地质雷达探测正演试验研究

地质雷达(GPR)作为一种常规探测方法已经被广泛应用在隧道超前地质预报中。由于隧道空间狭小,受洞内施工器具及探测结果多解性的影响,准确预报隧道不良地质体具有的一定的复杂性和难度。基于此,文章利用二维时域有限差分法正演模拟隧道典型不良地质体地质雷达剖面记录,分析了隧道空间不良地质体雷达剖面特征,获取了实测雷达资料解译的理论依据。通过在安江高速公路3座岩溶隧道施工中进行大量地质雷达探测现场试验,并结合施工现场掌子面地质素描资料,成功预报了含水溶洞、空腔溶洞、溶蚀破碎带等不良地质体。该研究提高了地质雷达法在隧道空间内探测不良地质体的精度,为隧道工程施工提供了安全保证。

应用地质雷达探测小型不良地质体

介绍了地基勘探中常见的几种小型不良地质体 ,通过实例 ,阐述了采用地质雷达探测此类异常体的应用效果。

海底隧道不良地质体及结构界面的变形控制技术

穿越不良地质体及地层结构界面是海底隧道修建的关键问题,对其准确地探测、预报并采取可靠的注浆加固方案及施工方法是海底隧道安全顺利施工的重要保证。然而海底隧道施工过程中的地层沉降控制,尤其是不良地质段的地层沉降控制则是海底隧道施工的核心技术之一,它不仅对施工安全至关重要,而且对隧道运营阶段的结构受力及长期安全性也是极其重要的。针对海底隧道的特点,分别从结构界面沟通、地层过度变形以及地层坍塌等方面对隧道突水特点进行了阐述,揭示海底隧道施工中的突水机制;采用现场实测、数值模拟和理论分析方法揭示隧道开挖引起的上覆地层整体变形规律和突水诱发机制,并提出不同地层的沉降控制标准及其确定方法;建立地层开裂与变形的对应关系,为突水事故的预测预报提供了依据;系统分析注浆加固圈厚度对地层沉降的影响关系,并据此提出海底隧道不良地质段的地层加固范围;结合大断面海底隧道的工程特点,制定了隧道施工工艺和监控方案;最后指出海底隧道穿越不良地质段的施工技术要点和紧急预案。上述技术方案和措施在厦门翔安隧道穿越F1风化槽的设计和施工中得到了成功的应用,取得了理想的效果。

隧道不良地质体的模型试验及检测信号频谱分析

隧道工程建设经常会遇到诸如溶洞、溶洞积水等不良地质情况,为确保隧道施工安全,普遍采用地质雷达探明掌子面前方是否存在不良地质体及含水情况,如何根据地质雷达波形及频谱特征进行解译显得尤为重要.利用可重复的砂槽,建立试验模型,模型中埋设空洞、空洞积水等典型不良情况,采用地质雷达对试验模型进行探测,获得不同地质条件的地质雷达检测数据,并对地质雷达数据进行频谱分析.结果表明:电磁波遇到不同地质时,地质雷达时间剖面图中出现明显振幅反射,但振幅衰减存在明显的差异性;随着介质的介电常数增大,地质雷达信号振幅衰减逐渐增大,但主振频率反而降低.模型试验成果为实际工程中对隧道掌子面前方不同地质情况的解译提供参考.

某大型地下硐室不良地质体变形及控制措施研究

某地下硐室群地质条件复杂,根据前期地质勘探揭露的地质资料,该硐室区存在大量的不良地质体(PH条带)。通过不同的计算分析方案,采用三维有限元数值分析软件MIDAS-GTS/NX,精确模拟了PH条带等大型地质结构面,研究地下硐室开挖过程中PH条带宽度与围岩变形及塑性区分布特征,并在此基础上对硐室群进行加强支护等措施。结果表明:地下硐室群的围岩稳定性与不良地质体的厚度有关,即PH条带宽度越大,对硐室群围岩稳定性影响越大。数值模拟结果较好地体现了不良地质体对围岩稳定性的破坏特征,可为制定大型地下硐室群的开挖设计和支护措施提供较好的科学依据。

隧道前方不良地质体探地雷达正演模拟研究

探地雷达正演模拟是反演和剖面判释技术的基础,是人工识图的依据,可以提高图像解释的精度和准确度。从概括宏观电磁场规律的Maxwell旋度方程出发,运用Yee网格模型和中心差分公式,通过引入复介电常数,推导了二维单轴各向异性理想匹配吸收边界的电、磁场离散差分公式,并用MATLAB语言编写了基于单轴各向异性理想匹配吸收边界的二维横磁波探地雷达数值模拟程序,运用该程序对隧道前方断层破碎带、方形和圆形溶洞进行了正演模拟,揭示了不同地质体的图谱特征、反、绕射规律和传播特性。模拟结果表明:单轴各向异性理想匹配吸收边界能有效抑制差分网格截断边界处非物理因素反射,很好地突出有效波,更便于工作人员依据图谱准确地进行地质解释。

高能量强夯在处理湿陷性黄土地基和不良地质体工程中应用研究

结合某工程采用6000kN·m高能量强夯处理湿陷性黄土地基和人为采金遗留的不良地质体的工程实践，分析研究了高能量强夯的加固机理、施工工艺、有效加固深度、影响深度的计算方法及有关参数，探讨了该技术处理湿陷性黄土地基和不良地质体的优点与适用性等问题。

高山峡谷区不良地质体堵江风险分析——以旭龙水电站为例

高山峡谷区地质条件复杂,为确保水电工程正常运行,需准确评价不良地质体的堵江风险,以便采取针对性的处理措施。在无人机航拍技术的不良地质体判识方法与堵江风险判识准则的基础上,对旭龙水电站库区的不良地质体进行了判识与堵江风险分析。结果表明:库区分布不良地质体共19处,现状均稳定,不存在堵江风险;蓄水后,仅17号堆积体可能存在堵江风险,经各种工况计算分析,17号堆积体不会造成堵江。因此,旭龙水电站库区不存在堵江风险的不良地质体。研究成果对保证旭龙水电站的正常运行具有一定参考价值。