基于跨孔雷达的水工防渗墙无损检测实验系统设计

水利学科前沿实验是“新工科”人才培养模式下实验教学的重要环节。为丰富前沿实验内容,将科研与教学紧密结合,设计了跨孔雷达检测水工防渗墙隐蔽病害的可视化实验系统。该系统由可视化水箱、可视化模型箱和跨孔雷达系统三部分组成。可视化水箱尺寸为1.2 m×1.0 m×1.5 m;可视化模型箱尺寸为0.6 m×0.2 m×1.0 m;跨孔雷达系统由网络分析仪和收发天线采集数据,由控制主机存储和显示数据。实验教学表明,该系统能够利用跨孔雷达有效检测出水工防渗墙内部隐蔽病害,具有较强的创新性和前沿性,有助于激发学生的创新思维,提高科研能力,达到以研促教、教研相长的目的。

大坝灌浆修复过程的跨孔雷达CT可视化检测

为实现大坝注浆过程的实时可视化检测,采用双通道跨孔雷达和自动定位控制系统,结合实时成像算法对狮子坪大坝的分层注浆过程进行了CT检测,追踪到了浆液扩散呈现的电磁波速和衰减异常,分析了浆液扩散范围及其稳定所需要的时间。通过对注浆前后电磁波速图像和衰减图像进行对比,发现注浆后介质的密实性和防渗性有较大的改善。试验结果表明,双通道跨孔雷达可实现大坝灌浆修复过程中的可视化检测,为坝体注浆过程的工程质量提供了一定保障。

跨孔地震CT在城市轨道交通岩溶勘察中的应用

跨孔地震CT(亦称为地震层析成像)是通过分析地震波在穿越探测目标体内部时其时长、波幅、能量、波速、波形等各因素的变化,对探测目标体进行速度成像的一种地下孔内物探方法,其具备了探测精度高、探测周期短、成本低等众多特点,主要用于地下目标体的高精度探测。目前,跨孔地震CT法已经广泛应用于灰岩地区城市轨道交通综合勘察,利用该方法可以有效查明线路范围内岩溶发育位置、深度及几何分布特征和规模,并可以判别基岩埋深和起伏情况,为后续地铁设计和施工提供必要地质依据。以广东省广州市某地铁岩溶勘察项目为研究对象,利用跨孔地震CT详细划分出了探测区域土岩界面,圈定出了溶洞及溶蚀发育位置,选取异常位置进行钻探验证。跨孔地震CT成果揭示,岩面和溶洞位置与钻探成果吻合程度高,岩面高程及溶(土)洞位置高程最大误差均在1 m之内。钻探、物探成果起到了相互补充、互相验证的效果。

跨孔CT岩溶识别方法准确性的统计学评价

岩溶地质灾害是粤港澳大湾区引擎城市广州和深圳城市建设与地下空间开发利用面临的主要挑战之一。岩溶勘探一般综合钻探与物探信息进行溶洞识别与评估。跨孔CT物探方法因操作简便,地层信息获取能力较强,近年来在大湾区岩溶勘探中广泛应用。然而,该方法识别溶洞的精度尚待定量评估。鉴于此,收集了大量的岩溶钻探与勘探对比数据,采用模型因子法对跨孔CT岩溶识别精度进行了统计分析。结果表明:该方法能够准确地探测出溶洞顶板埋深、底板埋深与洞高,平均误差不超过5%;对顶板与底板埋深的预测精度离散性非常低,仅为5%,但洞高预测精度离散性中等,超过35%。跨孔CT岩溶识别方法的精度稳定性较好,不受CT方法类型、溶洞充填情况、发射和接收点距、钻孔类型、溶洞顶板厚度、钻孔间距、验证孔距离等因素的影响。对现行跨孔CT方法进行了简单校正,使得在不增加计算复杂性的前提下,模型平均精度提高4%,离散性降低3%。最后,分析证实洞高预测模型因子服从韦布尔分布。研究成果可为岩溶区溶洞勘探与风险评估提供理论支撑。

跨孔弹性波CT法在桩底岩溶探测中的应用

某岩溶发育区的工程桩采用跨孔弹性波CT法测得桩底部岩土体的波速云图,对桩底地质条件进行评估,查明了桩端岩土层和溶洞发育情况。实践表明:跨孔弹性波CT法的物探测试手段具有数据直观的特点,可在溶洞等地下埋藏物探查方面推广应用。

跨孔弹性波CT技术在岩溶地质勘探中的应用

岩溶地质对建筑项目的结构设计、施工以及运营均会造成严重影响,并且常规地质勘探方法成本高、效率低、覆盖面窄,难以适应当前高要求、严标准的施工状况。基于某隧道工程,采用跨孔弹性波CT技术对场地进行了岩溶地质勘探,将跨孔弹性波CT测试与钻孔资料进行联合分析,综合解译、去伪存真,得到了较为准确的地质解释成果。试验表明,跨孔弹性波CT技术在岩溶勘探中准确度较高,建议推广。

既有桥梁桩基础桩外跨孔超声检测方法研究

既有桥梁基桩检测是目前旧桥检测评估中的难点,目前尚无完善的既有基桩检测方法。提出一种桩外跨孔超声波法,有望解决既有桥梁基桩检测的难题。首先,在桩外特定位置钻三个地质孔作为检测通道,开展桩外跨孔超声检测和土层波速测试;通过数据分析和处理可以分离掉桩周土层的影响,得到与桩长和桩身完整性相关的指标,进而评判既有桥梁基桩的桩长和桩身完整性。依托某高速公路改扩建项目,结合工程桩的桩土参数,建立对应的桩土模型,得到了桩底、桩身缺陷及桩身截面变化的曲线特征。然后,对工程桩开展桩外跨孔超声波法现场测试,通过理论与实测各曲线的对比验证分析,初步证实了该方法的准确性和实用性。

拟三维跨孔地震波CT技术在桥梁桩基础岩溶勘察中的应用

在桥梁桩基础选址的勘察阶段,桩基础位置的岩面和岩溶探测是十分重要的工作。目前采用的主要孔内物探方法技术为跨孔CT技术。传统的跨孔CT技术在测线布置方面相对随意,在资料解译方面,也是基于每个跨孔CT二维拟断面单独进行解译。因此,无法刻画出整个测区岩面和岩溶的形态。为了解决上述问题,需要采用拟三维跨孔地震波CT探测技术。其主要难点是拟三维数据的采集和三维视图的生成。为了实现拟三维探测,在数据采集时,采用网格方式布置测线,完成三维网格节点数据的采集。在数据处理和资料解译时,通过Voxler平台对数据进行三维网格化,完成三维可视化成图,并利用三维视图进行解译形成三维成果。应用实例中,展示了整个测区地质构造、基岩面及岩溶的三维空间形态。通过对断裂构造的分析,确定了岩体分布范围,指导断裂区域桩基础类型的选择,在断裂的上盘采用摩擦桩,下盘采用端承桩。通过三维基岩面形态,避免了桩底位置半边岩的情况以及对岩溶的误判,进而指导岩溶的治理工作。通过分析岩溶的三维分布,理清岩溶间的连通关系以及确定了桩身、桩底与岩溶的位置关系,为桩基础的桩长设计以及岩溶的治理提供了依据。

基于跨孔弹性波CT法的溶洞、破碎带探测应用分析

某项目位于岩溶发育地区,在前期勘察钻孔过程中遇跨径不一、分布不均的溶洞。为查明地下溶洞分布及发育情况,采用跨孔弹性波CT法进行探测,为后期施工提供了准确度较高的基础资料,表明跨孔弹性波CT法具有实际工程应用价值。

跨孔地震CT在地铁岩溶勘探中的应用

跨孔地震CT是利用地震波在不同的介质中的传播速度差异,通过算法反演出地层内部结构的技术,该技术能够有效帮助探测地下溶洞,减少由岩溶产生的危害。文中简述了跨孔地震CT的基本原理及运用过程,并结合浙江某市地铁岩溶勘探项目,采用单孔激发、多孔接收方式,获取了多组剖面高精度数据,揭示岩溶发育程度、形态以及规律,并且对于不同岩质的分界线也可以进行探明,为项目施工提供了有效的施工技术指导。本次研究成果可为地震CT探测技术在复杂地质条件下的工程应用提供了一定参考。

隧道施工不良地质跨孔雷达超前探测方法与工程应用

为提升公路隧道施工水平,减少施工期间安全事故的发生,文章研究了跨孔雷达超前探测方法,从三维校正、参数反演、偏移成像等方面分析了跨孔雷达探测数据的处理技术,并以河惠莞高速公路隧道为研究对象,探讨了跨孔雷达在岩性界面、断层、溶洞等不良地质超前探测中的应用,旨在为公路隧道施工提供参考。

跨孔地震CT在综合管廊岩溶勘察中的应用研究

在岩溶发育地区,查明综合管廊结构影响范围内岩溶的发育程度至关重要。跨孔地震CT技术在岩溶勘察中得到越来越广泛的应用,但在综合管廊的岩溶勘察中鲜见报道。本文依托深圳市16号地铁线综合管廊工程,对跨孔地震CT技术在综合管廊岩溶勘察中的应用进行研究。结果表明,采用跨孔地震CT对综合管廊岩溶进行勘察是可行的,受地震波走时观测误差的影响,跨孔地震CT推测岩溶结果与钻探直接揭露情况存在一定差异,但总体结果基本一致。

跨孔雷达全波形反演成像方法的研究

跨孔雷达全波形反演是一种使用全波形信息反演两钻孔之间地下信息的层析成像技术.常规的层析成像反演大部分采用射线追踪方法,其中基于初至时的射线追踪方法可以反演出速度剖面(介电常数剖面),基于最大振幅的层析成像可以反演出衰减剖面(电导率剖面).常规射线追踪方法有许多不足,究其原因是该方法仅使用了小部分的信号信息.为了进一步提高成像分辨率,本文全面推导了全波形跨孔雷达层析成像反演方法,该方法利用雷达波全幅度相位信息能够反演出地下高分辨率的介电常数和电导率图像.本文通过基于局域网的分布式并行算法,有效地解决了巨量数据正演计算问题.文中首先建立了基于单轴各向异性介质完全匹配层的时间域有限差分二维正演算法,进而通过应用包括时间维度在内的全波场信息与残场逆向传播的全波场信息乘积来计算梯度方向,通过求取以步长为自变量的目标函数的极值确定步长公式,并提出以第一次介电常数反演作为同步反演的初始模型,能够有效提高收敛速度.本文对多组模型进行成像实验,取得了较好的反演效果.

基于跨孔电阻率CT的地铁盾构区间孤石探测方法及物理模型试验研究

跨孔电阻率CT方法在地铁盾构区间孤石探测方面具有一定优势,但仍然存在孤石定位精度低、小尺寸孤石难以识别等工程实际难题。首先,提出了电阻率CT不等式约束反演成像方法和偏导数矩阵的并行解析快速求解方法,从施加先验信息约束和提高反演精度两个方面共同改善了电阻率CT反演的多解性与成像效果。在此基础上,通过大量常规观测模式的成像效果对比试验,提出了一种组合式观测模式,可以综合多种常规观测模式的探测优势并增加采集的数据量,从而提高对异常体的识别能力。针对影响探测效果的两个因素——孔距和电极间距进行了数值模拟试验研究,获得了在组合式观测模式下的有效孔距范围和合理的电极间距参数,并进一步检验了对小粒径孤石的识别效果。在此基础上,提出了地面物探普查与电阻率CT详查相结合的孤石探测方案。最后,开展了物理模型试验研究进行验证,探测结果与实际情况比较一致,具有较好的应用前景。

跨孔超高密度电阻率法在球状风化花岗岩体探测中的应用

花岗岩发育地区球状风化体(俗称"孤石")的分布直接影响城市轨道交通工程的建设,准确探明花岗岩孤石的空间分布具有重要的现实意义。为了探明地铁建设过程中花岗岩孤石的分布情况,结合深圳地铁11号线某区间孤石探测试验,采用跨孔超高密度电阻率法研究两孔间孤石分布情况,试验数据能较好反映出土层间电阻异常。试验分析结果与现场验证钻孔的对比表明:该物探方法能在一定程度上揭示孤石的空间分布,为进一步针对地铁工程勘察提供了指导,丰富了花岗岩孤石的探测手段。

跨孔超高密度电阻率法在花岗岩球状风化体勘探中的试验研究

跨孔超高密度电阻率法是一种全新的电法勘探理念,在两钻孔中一次布极,采集任意组合电极间的电位信息,1h内能采集数万条数据,在城市中采用跨孔观测能避开近地表干扰,提高数据信噪比,数据预处理后利用2.5维反演技术计算断面真电阻率数值。本文就一揭露的孤石进行跨孔超高密度电阻率试验,试验结果表明该法对孤石发育位置勘探结果理想,能满足地质超前预报需要,勘探精度随孔深和孔间距的比例系数增大而提高,结合试验过程总结该方法应用中应注意事项和发展方向。

跨孔地震CT技术在地铁工程施工溶洞探测方面的应用

本文介绍了在南京地铁4号线某区间应用跨孔地震CT技术进行现场数据采集的方法,并运用Matlab语言编制程序,通过最小二乘法对大型线性稀疏矩阵方程进行求解,由生成的三维网格数据绘制波速等值线图,从而实现了孔间介质波速层析成像的功能。根据成像图中低速带范围及波形分析确定了溶洞位置和充填情况,经checkerboard测试,并与钻探资料和地质雷达影像对比分析,结果表明跨孔地震CT技术用于地下岩溶探测时可靠性高,能够实现对孔间岩溶发育状况的超前预报。

基于HAFMM的无射线追踪跨孔雷达走时层析成像

本文使用最小二乘线性迭代反演方法对跨孔雷达直达波初至时数据进行反演,每次迭代过程中,用有限差分法求解走时程函方程,并用高精度快速推进方法(HAFMM)进行波前扩展,通过追踪波前避免了进行射线追踪.为了验证该方案,我们对三组合成数据进行了测试,分析了单位矩阵算子、一阶差分算子和拉普拉斯算子等三种不同模型参数加权算子对模型的约束和平滑效果;讨论了FMM和HAFMM对反演精度的影响;测试了LSQR,GMRES和BICGSTAB等三种矩阵反演算法的反演效果.此外,我们还对一组野外实测数据进行了反演,对比了基于本方案以及基于平直射线追踪和弯曲射线追踪的走时层析成像反演效果.对比分析结果表明,使用拉普拉斯算子和HAFMM进行反演能较好地进行目标体重建,而三种矩阵反演方法对反演效果的影响差别不大;并且通过对波前等时线图的分析可以定性地判断异常体的性质和位置;而在对实测数据目标体的重建上,本方案能达到甚至优于弯曲射线算法的重建效果.

跨孔电磁波透视法在岩溶探测中的应用

跨孔电磁波透视在探测地下裂隙带、溶洞等方面具有独到之处。通过分析软土、土洞的发育规律以及它们与溶洞、溶槽的关系,可间接探测软土和土洞的分布。文中探测实例说明,充分了解场地的岩溶地质特征,可帮助我们优化设计、获取有效数据、识别异常,提高该方法的应用效果。

跨孔地震CT中的逐次线性化方法

非线性问题的逐次线性化方法的每个线性化过程可通过最小二乘ＱＲ分解算法求解．为了精确地描述和控制逐次线性化迭代过程，引入迭代阻尼系数．首先根据模型拟合表最小的准则确定满足最佳一次线性化效果的最佳初始迭代阻尼系数；然后随遂次线性化迭代而减小迭代阻尼系数，并加入松弛因子对每次迭代输出的波速修正量进行控制；最后根据混沌理论，采用Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数和模型拟合差的变化，描述第ｋ次迭代所处的状态，在解估计的方差急增之前及时停止迭代，获得可信度和分辨率最佳的解估计．模型计算与实例证明方法有效．