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探地雷达在隧道超前地质预报中的应用研究

作　者: 郭付印
导　师: 周建春；刘桂强
学　校: 华南理工大学
专　业: 建筑与土木工程
关键词: 探地雷达隧道超前地质预报数值模拟
分类号: U452.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

在现代隧道施工过程中,采用物探等手段进行超前地质预报,对于准确掌握开挖前方的地质状况、减少施工事故、保证施工人员生命安全和施工进度具有十分重要的意义。在众多超前预报方法中,探地雷达法具有操作简便、分辨率高、屏蔽效果好、图像直观、准确率高、对施工干扰少等优点,具有很好的发展前景。由于目前探地雷达在隧道超前地质预报应用依然存在很多问题,例如现场操作规范性、参数设置合理性、数据后期处理方法以及探测结果解译的唯一性均有待完善和提高,因此本文在国内外探地雷达应用及数据解译研究成果的基础上,结合某新型探地雷达设备和配套低频天线在四座隧道工程施工超前地质预报中的应用实践,针对上述问题进行了以下几个方面的研究工作:(1)在介绍探地雷达基本原理的基础上,基于MATLAB环境的软件模块,发展了探地雷达正演模拟分析软件,实现了对某新型国产探地雷达探测结果的图像显示和数据分析与处理数据功能,为研究和对比该型探地雷达应用于隧道超前地质预报的数据分析与处理提供了一种手段。(2)本文对隧道超前地质预报的电磁波传播过程进行了数值正演模拟,分别建立了典型地质构造(如完整围岩、断层破碎带、富水区、溶洞和含水溶洞)的分析模型,得到了相应的雷达反射波波形正演结果,在此基础上归纳了探地雷达针对上述地质构造成像解译的一般规律。(3)以上述成果为基础,结合探地雷达在隧道超前地质预报中的工程应用,总结出一套规范化的工作方法,包括探测测线布置方式、探测参数设置及探测过程中的注意事项;通过参照和修正特定地质条件的雷达探测图像特征,对探地雷达在实际工程中的探测图像进行解释,从而提高了预报结果的准确性和合理性,相关隧道工程实践验证了本文方法的有效性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-26
  1.1 选题的背景及意义  10-12
  1.2 隧道超前地质预报现状及评述  12-24
    1.2.1 各种超前地质预报方法概述  12-19
    1.2.2 探地雷达在地质预报中的研究及应用现状  19-23
    1.2.3 超前地质预报中存在的主要问题  23-24
  1.3 主要研究内容及研究思路  24-26
    1.3.1 本文的主要研究内容  24-25
    1.3.2 研究思路  25-26
第二章探地雷达的工作原理及应用方法  26-64
  2.1 探地雷达的基本工作原理  26-45
    2.1.1 电磁波传播基本规律  26-31
    2.1.2 平面电磁破  31-37
    2.1.3 介质的电性质和电磁波的传播参数  37-40
    2.1.4 探地雷达仪器系统  40-43
    2.1.5 探地雷达工作方法  43-45
  2.2 探地雷达野外测量设计  45-56
    2.2.1 探地雷达性能评价  46-51
    2.2.2 参数选取  51-56
  2.3 探地雷达数据处理与解释  56-63
    2.3.1 数据文件编辑  56
    2.3.2 常规处理  56-58
    2.3.3 偏移归位处理  58-59
    2.3.4 雷达图像增强处理  59-60
    2.3.5 探地雷达资料解释  60-63
  2.4 本章小结  63-64
第三章探地雷达在隧道超前地质预报中的正演分析  64-91
  3.1 时域有限差分法（FDTD）  64-69
    3.1.1 FDTD 基本原理  64-68
    3.1.2 解的稳定性及数值色散  68-69
    3.1.3 吸收边界条件  69
  3.2 正演模拟软件简介  69-70
  3.3 正演分析流程  70-71
  3.4 分析模型的建立及参数选取  71-76
  3.5 数值模拟计算结果分析  76-89
    3.5.1 完整围岩  76-77
    3.5.2 平行于掌子面宽0.3m 的断层破碎带  77-79
    3.5.3 平行于掌子面宽2m 的断层破碎带  79-81
    3.5.4 宽0.3m 与隧道掘进方向斜交的断层破碎带  81-82
    3.5.5 掌子面前方预报区域内存在空溶洞  82-84
    3.5.6 掌子面前方预报区域内存在边长为3m 的含水溶洞  84-86
    3.5.7 掌子面前方存在宽2m 含水带  86-87
    3.5.8 数值模拟中存在的问题  87-89
  3.6 本章小结  89-91
第四章探地雷达数据与模拟数据交互处理  91-97
  4.1 数值模拟计算结果在雷达配套数据处理软件中的显示和处理  91-93
  4.2 雷达采集数据在模拟处理软件中的显示和处理  93-95
  4.3 本章小结  95-97
第五章探地雷达在实际工程中的应用  97-120
  5.1 隧道围岩级别及判定概述  98-102
  5.2 探地雷达在马留山隧道中的应用  102-110
    5.2.1 马留山隧道工程地质概况  102-104
    5.2.2 主要预报成果分析  104-110
  5.3 探地雷达在桃园一号隧道中的应用  110-115
    5.3.1 桃园一号隧道工程地质概况  111
    5.3.2 主要预报成果分析  111-115
  5.4 探地雷达在田螺山隧道中的应用  115-118
    5.4.1 田螺山隧道工程地质概况  115
    5.4.2 主要预报成果分析  115-118
  5.5 本章小结  118-120
结论与展望  120-122
  研究结论  120-121
  展望  121-122
参考文献  122-126
攻读硕士学位期间取得的研究成果  126-127
致谢  127-128
附件  128

探地雷达在隧道超前地质预报中的应用研究

内容摘要

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