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。

探测孤石高阻体的跨孔电阻率CT水槽物理模拟实验研究

采用重庆奔腾数控技术研究所的WDJD-3型多功能数字直流激电仪,在电法实验室水槽内布设了探测孤石高阻体的跨孔电阻率CT法观测系统,进行了物理模型实验。物理模拟实验采用多种观测装置(二极、三极和四极装置),对采集到的数据进行反演成像,得到如下结论:①二极装置电阻率CT反演成像结果不能反映出高阻体的位置与大小;②三极装置CT反演成像结果能较好反映孤石高阻体的位置与大小;③四极装置电阻率CT反演成像也能反映出孤石高阻体的位置与规模,效果与三极装置基本相同。物理模拟实验结果表明:三极或四极装置的跨孔电阻率CT法可用于探测高阻体,它具有采集方式灵活、数据稳定可靠、成像结果直观清晰的优点。基于物理模拟实验的结果,采用电阻率CT法对地铁盾构隧道洞身范围内的孤石高阻体探测具有一定的指导意义。对孤石体的三维电阻率CT法物理模拟实验正在进一步研究中。

基于不完整边界先验信息的跨孔电阻率CT反演方法研究

跨孔电阻率CT方法是一种孔中精细化探测的方法。近年来,该方法在中小型地质异常(如溶洞、孤石等)探查方面取得了良好的应用效果。但是,作为一种直流电阻率法,其识别地质异常边界或界面的识别能力较差。通过钻孔、地震或者地质雷达方法,可以比跨孔电阻率CT方法更清楚的确定差异明显的岩性界面。从约束反演理论的角度出发,提出了不完整边界先验信息约束方法。首先依据地质雷达获得地质异常体的部分边界信息,定义从已知部分边界辐射的"虚拟内部区域"和"虚拟边界"虚拟边界的完整描述。通过设置具有"相同光滑度"的外部约束、"各向异性光滑度"的边界约束和"渐变光滑度"的内部约束,从而实现形态约束的构建。进一步的,将此先验信息约束融入跨孔电阻率CT反演方程中,形成了携带已知不完整边界信息的跨孔电阻率CT反演方法。然后,利用数值反演算例和孤石探测物理模型试验,检验了新方法的有效性和可行性。试验结果表明,新方法对异常体边界识别的效果得到明显改善。

跨孔电阻率CT法在岩溶精确勘探中的应用研究

贵州碳酸盐岩分布广泛,岩溶问题突出,给各类工程建设造成极大的安全隐患和巨大损失,岩溶勘察尤显重要。当前岩溶勘探以物探方法为主,但各方法本身存在局限性,影响岩溶的精细化勘探。在分析岩溶物理电性特征的基础上,选择跨孔电阻率CT法,并从应用的角度出发,研究跨孔电阻率CT法孔内电极接地、各装置对比、数据采集方式等多方面内容,得出跨孔电阻率CT法是一种方便、高效、高精度和高分辨率的物探方法,在岩溶地区具有极大的应用前景,并以实例举证说明。

跨孔电阻率CT技术在某大桥的应用

跨孔电阻率CT法在工程勘察领域应用不多,尤其在西南碳酸盐岩地区。本文采用自研的钻孔电极和设置合理的采集参数,通过2对跨孔电阻率CT法的实际探测与验证,证明此方法可有效减小电法的体积效应,准确查明岩溶发育的形态、规模、位置等特征,极大的提高勘探精度和分辨率,具有广泛的应用前景。

地质雷达与跨孔电阻率CT成像法协同在岩溶塌陷及富水区勘查中的应用

随着我国城市化进程的加快,浅层岩溶塌陷及富水区引起的地质灾害日益严重,直接威胁人民生命财产安全,阻碍国家经济发展,尤其在道路、隧道、地铁等市政工程建设方面,造成的人员伤害和经济损失更为巨大,所以探明岩溶塌陷区及富水区尤为重要,且勘查精度要求较高。为此,本文尝试利用地质雷达浅层探测分辨率高与跨孔电阻率CT成像法探测深度较深的特点协同实施,探明岩溶塌陷及富水区分布情况,取得了较好的效果,提供的地质成果精度高,满足后期治理使用的要求。

跨孔电阻率CT在防汛墙抛石探测中的应用

抛石范围的探测对于港口建设、防汛墙加固改建、滨江改造等工程都具有重要意义。由于探测对象抛石位于水下,常规的地面探测手段难以实现或取得理想的探测效果。为解决上海市黄浦江沿岸某处水下抛石的探测问题,本文采用了跨孔电阻率CT方法开展探测试验,即通过在水域设置钻孔、并将电极放置入测孔中,充分发挥该方法传输路径简单、信号保真度大的特点。通过现场试验,在六个钻孔内采集了二个断面的视电阻率数据,并采用最小二乘方法对采集数据进行反演成像,获得了探测区域内的电阻率分布。在其它验证钻孔的约束下,对探测区域内的抛石分布范围和埋深进行了合理的解释。探测结果表明,跨孔电阻率CT法可以有效地对防汛墙抛石范围进行探测,可以提供水域内抛石分布范围及顶、底界面等信息。

跨孔电阻率CT法在贵阳轨道交通L2岩土工程勘察中的应用

贵阳轨道交通L2工程地处典型的喀斯特地貌类型区域,地质构造比较发育,常规的勘探方法对勘探点之间的溶洞、破碎带等的探测存在一定局限性。因此,采用跨孔电阻率CT法和钻孔相互验证的方式,基本查明贵阳轨道交通L2油榨街站—贵钢站区间下穿市南路、宝山南路高架的地质条件,为设计和施工提供更为翔实的地质勘察资料。

跨孔电阻率CT法在城市工程物探中的应用

为预估由地下管道破损所引起的地下塌陷区域,引入了多通道跨孔电阻率CT法,对市区两处地下塌空区进行了检测应用。实际应用案例表明该方法对地下塌空区的检测具有较好的识别效果,在检测环境限制诸多的城市工程物探中具有一定的实用性、有效性及高效性。同时该方法不仅可应用于塌空区检测,也可推广至防空洞检测、地下大深管线检测等的应用场景。

跨孔电阻率CT法在大坝坝体检测中的研究与应用

为提高大坝检测的精度和准确性,确保坝体运行期间的安全稳定,通过构建单个低(高)阻体、水平低阻带等地电模型,采用有限单元法对相关模型进行正演数值模拟并通过最小二乘法对正演结果进行反演成像,分析图像特点并总结其响应特征,为工程的实际应用提供理论依据及指导。通过工程实例,阐述了该方法在实际应用中取得的效果,以综合探测手段为基础进行了多资料联合解释并进一步验证了跨孔电阻率CT法在该领域中应用的可行性。实践表明:相较于常规电法勘探,跨孔电阻率CT法具有高精度、高分辨率、探测深度大、受干扰小、数据丰富、成果直观等优点。

基于跨孔电阻率CT的污染阻隔帷幕性能检测

为克服传统钻孔取样和常规阵列测量的跨孔电阻率法在帷幕检测工作中的不足,采用阵列优化方法对3种常规跨孔电阻率阵列进行优选,构建了高分辨率和高信噪比的阻隔帷幕测量组合阵列。采用数值模拟方法对该组合阵列进行阻隔帷幕检测效果验证,并应用于某垃圾填埋场的阻隔帷幕性能检测。根据垃圾填埋场2处阻隔帷幕的跨孔电阻率CT探测结果得出:膨润土阻隔帷幕主体在固结初期表现为均匀完整的低阻带,电阻率为0.001~0.06Ω·m,2处阻隔帷幕的注浆影响半径分别为0.55,0.95 m,满足帷幕厚度和完整性要求。结合阻隔帷幕芯样的渗透系数测试分析得出:2个测量区域阻隔材料渗透系数均<10^(-6)cm/s,满足污染阻隔的性能要求。利用组合阵列的跨孔电阻率CT技术,实现对污染场地阻隔帷幕完整性和防渗性能的高效准确评价。

钻孔瞬变电磁法与跨孔电阻率法CT在大埋深燃气管道精确定深中的应用

燃气管道敷设基础资料的缺失给然气管道养护修复及附近地下基建(管道、管廊、地下街等)方案的设计和施工带来极大障碍。物探方法可用于管道定位、定深探查,但随着目标管道埋深的增大,常规物探方法的定位偏差尤其是定深偏差显著增大,往往不能满足施工设计的需求。在对多种物探方法特点分析的基础上,结合燃气管道特性,从观测系统及探测装置出发,将钻孔瞬变电磁法与跨孔电阻率法CT应用于大埋深燃气管道深度探查,工程实践证明上述两种物探方法均能对目标管道实现精确定深。

电阻率跨孔CT法在地铁施工补勘中的应用

近年来,随着地铁工程建设市场的不断扩大,其施工面临的地形、地质条件和监测环境愈加复杂,很多特殊位置不能采用地质钻孔进行勘探。深圳地铁10号线吉贝区间补勘工作,就存在这种情况,给补勘工作带来了极大困难。电阻率跨孔CT探测不良地质技术,有效的解决了场地条件不允许无法钻孔探测及钻孔探测孤石无法全面反映分布情况的缺点,成功的完成了补勘任务,为后续盾构机选型和掘进提供详实的地质依据,进而提前做好相应措施。

城市地铁岩溶隐患多孔电阻率联合成像技术研究

为有效解决二维电法在探测异常体空间形态上的不足,基于有限差分算法,建立溶洞与跨孔电阻率组合模型,探讨溶洞剖面投影位置及偏移距与电阻率响应变化特征,将跨孔电阻率数据体进行跨孔三维联合反演成像。结果表明:溶洞模型距跨孔探测剖面较近时,实际投影至剖面上位置不同,导致探测效果差异较大;随溶洞模型偏移距增大,溶洞投影中心位置电阻率整体表现为前期缓慢、中期迅速、后期减缓并最终趋于稳定的非线性变化趋势,溶洞模型旁侧效应影响范围约8 m。三维联合反演结果能立体可视化展示溶洞空间发育形态,在城市地铁超前地质灾害精准探测方面具有一定应用价值。

用于地铁盾构区间孤石探测的三维电阻率跨孔CT方法研究及物理模型试验

城市地铁盾构区间孤石的三维定位问题一直未得到很好的解决,为了提高实际工程对孤石异常体的探测识别和定位精度,尝试将三维电阻率跨孔CT精细化探测方法引入到地铁孤石群的探测工作中。首先,从4个平行钻孔"透视对穿"的典型观测模式出发,探讨三维电阻率跨孔CT反演成像方程及适用的装置类型,通过数值模拟研究发现,利用AM-BN电极阵列装置形式采集电位梯度数据得到的孤石成像效果最佳。在此基础上,进一步针对影响探测效果的2个要素——孔距和电极间距开展系统的数值模拟试验研究,据此提出合理的三维电阻率CT探测参数,并检验对小粒径孤石、密集分布的孤石群的识别效果。最后,结合物理模型试验研究进行验证,探测结果较准确地反映了高阻异常的分布情况,表明三维电阻率跨孔CT方法用于地铁孤石探测是可行的。

综合物探方法在浙江软土地区城市深埋管线探测中的案例剖析与方法研究

随着非开挖技术的广泛应用,使得城市深埋管线的精细化探测难题尤为突出。特别是在软土、地下水丰富的城区,传统的地面管线探测技术在探测深埋管线时本身存在的抗干扰能力弱、信噪比低、探测深度不足等问题进一步放大,往往无法取得良好的探测效果。笔者以井中磁梯度法、跨孔电阻率CT法、跨孔声波透射法等井中物探方法为主、常规的地面物探技术为辅,在浙江软土地区开展了大量的、不同类型的深埋管线探测研究工作,取得了一些认识:(1)井中磁梯度法和跨孔超声波法,均能准确识别出深埋管线的平面位置及埋深,精度可达几厘米;(2)井中磁梯度法仅对深埋的磁性金属管线有效;(3)跨孔声波透射法能适应各种材质的深埋管线,但对跨孔距离有一定要求,一般在软土地区要孔间距小于8 m效果更佳;(4)跨孔电阻率CT法对孔间距要求相对较低,但是该方法存在体积效应问题,电阻率异常往往大于目标体本身,探测分辨率相对较低。考虑到城市浅表地区为人类扰动层,各种干扰较多,为了消除物探技术的多解性,建议条件允许的情况下,采用两种以上的井中物探技术进行探测、互相验证,可得到更可靠、更精细的探测效果。

隧道三维跨孔电阻率超前探测方法及其现场应用研究

为实现隧道前方含水构造不良地质体的三维精细探测,本文提出利用隧道前向钻孔的跨孔电阻率超前探测方法.从敏感度分析的角度,在隧道环境下针对跨孔电阻率不同观测装置进行对比分析,优选适用于隧道跨孔电阻率探测的有效观测装置.利用隧道3个前向钻孔的多钻孔体系,提出隧道三维跨孔电阻率探测方法,从几何因子角度对观测数据进行筛选,针对隧道前方不同类型含水异常体开展了反演数值模拟,验证了方法的有效性.最后依托滇中引水香炉山隧洞支洞开展隧道三维跨孔电阻率探测现场应用试验.经过数值模拟分析与现场应用试验,证明该方法可有效探明隧道前方的含水构造,为后续同类工程跨孔电阻率探测提供参考和借鉴.

准格尔煤田特厚煤层开采底板破坏特征综合测试研究

鄂尔多斯盆地准格尔煤田某矿石炭-二叠系6煤层为特厚煤层,平均可采厚度17.0 m,其底板受到灰岩水的威胁。针对这种情况,现场采用分布式光纤传感及跨孔电阻率CT原位综合测试技术,先后获得了采动过程中多个工作面底板破坏应变场及地电场响应特征数据。结合岩样加载变形破坏的判别阈值参数及探测实践,对采区内4个工作面底板测试数据进行综合分析,获得了区内底板岩层破坏空间特征及其规律认识。分析认为底板破坏在垂向上具有明显的分带性,采区工作面底板破坏深度在7.2~16.5 m,主要破坏层位在细砂岩以上层段,扰动影响最大深度在33 m左右,主要扰动层位在砂质泥岩以上层段;底板破坏在横向上具有超前性,超前距离在25~60 m范围;区内工作面底板破坏特征具有一定的相似性,动压影响下的底板损伤程度在空间上呈东北区域浅、西南区域深的分布规律。原位测试所获得的数据对区内6煤层水害防治及安全开采具有指导作用。

矿山岩土体导电特性及工程应用研究

硐室围岩的稳定性和冻结法凿井穿越巨厚冲积层时冻结壁温度场的分析这两大问题是当前深部开采井巷工程面临的主要问题。通过对两淮煤田冲积层常见土层和煤系地层常见岩层进行取样,采用试验方法研究两淮煤田主要岩土体的电阻率特性,并结合冻结法凿井、矿井巷道施工的工艺特点,提出电阻率法检测冻结壁温度场的数据采集、数据处理和基于电阻率法的围岩松动圈检测技术。并将研究成果运用到矿井冻结壁温度场和围岩松动圈检测的工程实践,取得了良好的效果。主要研究工作及成果如下:(1)在高密度电阻率法拟断面的记录点对应深度方面存在着经验性,使其在工程应用方面存在局限性。根据点电场的基本理论,并结合最新的电阻率勘探数据采集技术——并行电法勘探和跨孔地震勘探的特点,提出拟地震式单极——单极跨孔直流电阻率CT技术的数据采集方式,并编制数据处理软件,为电阻率法检测冻结壁提供数据采集与处理方法。(2)通过对淮南煤田朱集煤矿冲积层主要土层进行取样,首先,将目前土体导电性测试常用装置和高密度电阻率法勘探技术相结合,研究常温下土体电阻率与土性(颗粒级配)、含水量和密度(或密实度)之间的关系,并拟合出不同土体的电阻率与含水量、密度的回归方程;其次,研究冻土电阻率的测试方法,并结合两淮地区的冲积层土层含水量与密度、地温特点和冻结法凿井的冻结盐水温度与冻结壁平均温度设计,研究土体在一定含水量、密度条件下,电阻率与温度的关系。并拟合出相关度较高的不同土体的温度–电阻率(t-ρ)回归方程,这些方程是电阻率法检测冻结壁温度场的基础。(3)通过对两淮煤田煤系地层主要岩层进行取样,研究岩体的电阻率与应力(或应变)的关系。通过试验发现了取材方便、性能良好的电极与岩石耦合材料——过饱和黏土,拟合出相关度较高的不同岩体的应力–电阻率(σ-ρ)回归方程,这些方程是电阻率法检测硐室围岩稳定状态的基础。(4)在单极——单极跨孔直流电阻率CT勘探技术研究成果的基础上,提出了电阻率检测冻结法凿井冻结壁温度场的施工工艺、数据采集与数据处理方法,并结合土体导电性试验获得的温度与电阻率的回归方程,分析冻结壁的发展状况。该技术已成功应用于两淮煤田冻结法凿井冻结壁温度场分析的工程实践。(5)地下峒室的稳定性是矿井安全、高效生产的重要因素,为了确保地下峒室的稳定性,必须采用经济、合理的支护方式。基于围岩松动圈范围的大小及其空间分布规律对选择峒室支护方式的重要性,利用高密度电阻率法勘探的原理并结合地下峒室开挖与支护的施工特点,提出利用锚杆钻机钻孔、锚固剂封闭孔口、简易压力容器注浆封孔、高密度电阻率法采集数据的松动圈测试技术,结合岩石导电性试验获得的应力与电阻率的回归方程,研究硐室开挖与支护后其围岩的变形程度与导电性的关系,分析围岩松动圈的发展状况。该技术已成功应用于两淮矿井巷道围岩松动圈测试的工程实践。