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隧道含水构造直流电阻率法超前探测三维反演成像
  • ISSN号:1000-4548
  • 期刊名称:《岩土工程学报》
  • 时间:0
  • 分类:TD853.34[矿业工程—金属矿开采;矿业工程—矿山开采]
  • 作者机构:[1]山东大学岩土与结构工程研究中心,山东济南250061, [2]山东大学控制科学与工程学院,山东济南250061
  • 相关基金:国家自然科学基金重点项目(51139004);国家自然科学基金青年项目(41102183); 山东省自然科学基金项目(ZR2011EEQ013); 中国博士后科学基金项目(2011491596); 高等学校博士点学科专项科研基金项目(20110131120070)
中文摘要:

突涌水地质灾害是隧道修建面临的主要威胁,隧道掌子面前方赋存的突水灾害源——含水构造的三维定位已经成为亟待解决的关键难题。针对上述难题,提出了直流电阻率法三维反演成像超前探测方法。首先,建立了直流电阻率法超前探测三维全空间立体观测方式,针对测线附近的旁侧干扰严重这一关键问题,提出了干扰识别与去除方法,实现了掌子面前方三维有效信息的测量。综合线性反演方法和非线性反演方法的优点,提出了改进遗传算法与最小二乘法相结合的混合反演成像方法,既摆脱了对初始模型的依赖,又保证了反演进化效率。然后,重点对断层、裂隙、溶洞等典型的含水构造进行了系统的反演数值试验,获得了典型含水构造的三维成像特征和相应的地质解释依据,为实现由观测数据到三维成像再到地质模型的映射奠定了基础。最后,将直流电阻率法超前探测三维反演成像方法应用到模型试验和实际工程中,实现了含水地质构造的较准确三维定位,证明该方法具有良好的推广应用价值。

英文摘要:

The water inrush hazards have become one of the major threats in tunnel construction, and the 3D localization of water inrush hazard sources (water-bearing structure) in front of the tunnel face has become a key problem to be solved urgently. For the above problem, the method of direct current (DC) resistivity 3D inversion tomography advanced detection is proposed. Firstly, 3D whole space stereoscopic observation mode of DC resistivity advanced detection is established. Due to serious flanking interference near survey line, an interference recognition and removal method is proposed, which realizes the measurement of 3D effective information in front of the tunnel face. By analyzing the advantages of linear and nonlinear inversion methods, a joint inversion tomography method which combines the improved genetic algorithms (GA) and the least-squares method is proposed. By use of this method, the dependence on the initial model is eliminated, while the efficiency of inversion is guaranteed. Then, numerical experiments for inversion tomography focusing on the faults, fractures and karst caves and other typical water-bearing structures are carried out systematically. And, the 3D tomography characteristics and geological interpretation criterion about typical water-bearing structures are analyzed and gained. An inversion map from observed data to 3D tomography and then to geological model is realized. Finally, the proposed method is applied in model tests and practical projects. Accurate 3D localization about water-bearing structures is realized, and it proves that this method has good application prospect.

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期刊信息
  • 《岩土工程学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科协
  • 主办单位:中国水利学会 中国土木工程学会 中国力学学会 中国建筑学会 中国水力发电工程学会 中国振动工程学会
  • 主编:蔡正银
  • 地址:南京虎踞关34号
  • 邮编:210024
  • 邮箱:ge@nhri.cn
  • 电话:025-85829553 85829534
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-4548
  • 国内统一刊号:ISSN:32-1124/TU
  • 邮发代号:28-62
  • 获奖情况:
  • 中国科协二等奖,江苏省首届优秀期刊奖,连续三次被评为核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:54826