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电阻率层析成像在隧道工程地质状况探测中的应用

作　者: 张黎
导　师: 姚丽
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 瞬变电磁法自适应滤波全区视电阻率电阻率断面图
分类号: P631.325
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 26次
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内容摘要

盾构机的地质勘探预报,是以探测地下介质电阻率为基础。根据电场在不同电阻率介质中的分布规律,为获得地下异常体信息,本文采用瞬变电磁法来研究目标体在不同深度对视电阻率的影响。瞬变电磁法是工程地质探测的新方法。本文以瞬变电磁法作为理论基础,配合研究盾构机地质勘探的成像方法,作为盾构机正式挖掘前的参考依据。为了去除采集信号中的随机噪声,本文首先研究了自适应滤波的原理及方法。论文研究了视电阻率的计算,包括早期、晚期视电阻率及全区视电阻率;文中重点研究了基于“烟圈”理论下全区视电阻率的计算,采用感应电压和垂直磁场分别求得全区视电阻率。由于在实际应用中,由实测的感应电压直接计算所得的全区视电阻某些值域出现无解现象,而由垂直磁场计算所得的全区视电阻率则解唯一且存在。为了使求得的全区视电阻率唯一且可靠存在,本文提出了一种将实测的感应电压转换为垂直磁场分量的算法,采用对数域积分插值的方法计算垂直磁场分量,并由此求得全区视电阻率。文中研究了视深度的两种计算方法均匀半空间模型法和层状模型法,并加以比较。论文将matlab作为工具,将实测数据进行滤波、数据处理、成像,并编写了界面。得到道阵列曲线和电阻率断面图,以及数据、图像显示界面。论文将自适应滤波应用在正弦波加噪后的去噪中,证明自适应滤波在去除随机噪声方面效果明显、有效;把由实测感应电压值求得的全区视电阻率和由感应电压变换为垂直磁场后求得的全区视电阻率进行比较,结果证明由感应电压变换为垂直磁场后求得的全区视电阻率值唯一、可信;matlab成像结果与真实地质情况基本相符,证明了该算法的可行性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-18
  1.1 课题的目的及意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-16
    1.2.1 大地电磁测深法(MT)  13
    1.2.2 可控源音频大地电磁法(CSAMT)  13-14
    1.2.3 瞬变大地电磁法(TEM)  14-16
  1.3 本文的内容安排  16-17
  1.4 本章小结  17-18
第二章瞬变电磁法理论基础  18-26
  2.1 瞬变电磁法(TEM)原理  18-20
    2.1.1 瞬变电磁法原理  18-19
    2.1.2 瞬变电磁场的散布特点  19-20
  2.2 均匀大地的瞬变电磁响应过程  20-22
    2.2.1 瞬变电磁响应过程  20-22
    2.2.2 直阶跃磁偶极子瞬变场特性  22
  2.3 瞬变电磁法实际应用  22-25
    2.3.1 装置的选择  22-24
    2.3.2 时间范围的选择  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第三章滤波、视电阻率及视深度  26-42
  3.1 实测数据处理  26-31
    3.1.1 自适应滤波原理  26-27
    3.1.2 自适应滤波算法  27-29
    3.1.3 自适应滤波算法的理论仿真  29-30
    3.1.4 实例滤波  30-31
  3.2 视电阻率的定义式  31-37
    3.2.1 磁偶源早期视电阻率定义式  32-34
    3.2.2 磁偶源晚期视电阻率定义式  34-35
    3.2.3 同点回线装置视电阻率的计算  35-37
  3.3 视深度的计算方法  37-41
    3.3.1 均匀半空间模型法  37-38
    3.3.2 层状模型法  38-41
    3.3.3 两种视深度求解方法对比  41
  3.4 本章小结  41-42
第四章 TEM 测量仪  42-57
  4.1 仪器基本组成及工作原理  42-45
    4.1.1 仪器基本组成  42
    4.1.2 仪器工作原理  42-44
    4.1.3 仪器工作方法  44-45
  4.2 硬件电路  45-47
    4.2.1 单片机电脑主控  45
    4.2.2 自适应程控放大  45
    4.2.3 高速A/D 转换及其外围电路  45-46
    4.2.4 同步、发射与保护电路  46-47
  4.3 “烟圈”理论下全区视电阻率的计算  47-53
    4.3.1 “烟圈”理论  47-48
    4.3.2 感应电压求解视电阻率  48-51
    4.3.3 磁场垂直分量求解视电阻率  51-52
    4.3.4 中心回线装置条件下求解全区视电阻率  52-53
  4.4 感应电压转换垂直磁场分量  53-55
    4.4.1 计算垂直磁场的方法  54
    4.4.2 采用对数域积分插值的方法求解垂直磁场分量  54-55
  4.5 本章小结  55-57
第五章数据处理及成像  57-64
  5.1 地质状况资料解释方法  57-60
    5.1.1 无异常存在  57-58
    5.1.2 低阻体  58-59
    5.1.3 高阻体  59-60
  5.2 实例应用  60-63
  5.3 本章小结  63-64
第六章结论  64-65
参考文献  65-67
附录A 自适应滤波程序  67-68
附录B 求全期视电阻率程序  68-70
附录C 界面程序  70-75
在学研究成果  75-76
致谢  76

电阻率层析成像在隧道工程地质状况探测中的应用

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