【摘要】：隨著隧道建設(shè)的重心向地形地質(zhì)條件惡劣的西部山區(qū)和巖溶地域轉(zhuǎn)移,涌現(xiàn)出大量深長(zhǎng)隧道工程,迫切需要一種能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)隧道災(zāi)害水體的方法。核磁共振作為一種可直接找水的地球物理方法,目前已經(jīng)在地面找水方面取得了較多成果。為進(jìn)一步探討該方法在隧道災(zāi)害水超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用,且同時(shí)實(shí)現(xiàn)含水異常的定位與含水異常賦存狀態(tài)的定性分析,本文建立了基于隧道磁共振全弛豫信號(hào)的三維正反演方法。傳統(tǒng)的核磁共振核函數(shù)多是基于均勻半空間或?qū)訝铍娊橘|(zhì)進(jìn)行計(jì)算的,忽略了地下電阻率分布對(duì)激發(fā)磁場(chǎng)的影響。本文在充分考慮電阻率不均勻體的情況下,采用有限元方法模擬了隧道掌子面前方三維核函數(shù)分布。從磁場(chǎng)滿(mǎn)足的雙旋度方程出發(fā),將雙旋度方程的求解轉(zhuǎn)換為泛函駐點(diǎn)的求解;源的加載采用偽?源以避免奇異性,泛函中強(qiáng)加散度條件以消除“弱解”的影響;運(yùn)用兩組旋轉(zhuǎn)矩陣計(jì)算激發(fā)場(chǎng)垂直于地磁場(chǎng)方向的分量,在核函數(shù)中加入指數(shù)衰減項(xiàng)模擬隧道磁共振自由感應(yīng)衰減(FID)信號(hào)。為探究圍巖、地磁場(chǎng)、線(xiàn)圈和含水體參數(shù)對(duì)核磁共振FID信號(hào)特征的影響,本文探討了圍巖電阻率、地磁場(chǎng)傾角、發(fā)射線(xiàn)圈匝數(shù)以及含水體規(guī)模、含水體電阻率、含水體與掌子面距離和含水體橫向弛豫時(shí)間(T2)等參數(shù)。通過(guò)對(duì)比分析可知:低阻背景和地磁場(chǎng)傾角對(duì)核磁共振響應(yīng)影響較大,發(fā)射線(xiàn)圈匝數(shù)對(duì)相位改變明顯;大規(guī)模近距離含水體對(duì)核磁共振響應(yīng)影響較大,局部低阻有一定影響,含水體弛豫時(shí)間影響信號(hào)衰減速度。這些結(jié)論為核磁共振三維反演提供了有價(jià)值的參考。本文建立了正則化的最小二乘目標(biāo)函數(shù),并結(jié)合實(shí)際對(duì)函數(shù)的解加以約束,利用基于不等式約束的最優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)了三維反演。分別模擬了邊長(zhǎng)為6米和邊長(zhǎng)為4米的多匝小線(xiàn)圈模型,探討其有效探測(cè)深度。在本文的模型參數(shù)設(shè)置下,6米線(xiàn)圈的有效探測(cè)深度約為25米,4米線(xiàn)圈的有效探測(cè)深度約為18米。分別模擬了含水異常與含泥異常模型,探討其分辨能力。結(jié)果表明,對(duì)于前后分布的含水異常,核磁共振方法的分辨能力較強(qiáng);對(duì)于上下分布的含水異常,核磁共振方法的分辨能力稍差。本文的三維反演效果良好,不僅能實(shí)現(xiàn)掌子面前方含水異常定位,而且能給出不同弛豫時(shí)間下的部分含水量信息,從而間接獲知災(zāi)害水賦存狀態(tài),實(shí)現(xiàn)隧道突水突泥災(zāi)害的預(yù)判,為隧道災(zāi)害治理提供有價(jià)值的參考。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：U452.11;P631
【圖文】：

布置在 YOZ 平面 X=0 位置處，如圖 2.4 所示，將四條等效導(dǎo)線(xiàn)按照某一個(gè)電流方向形成一個(gè)回路，即完成了核磁共振回線(xiàn)源的加載。2.4 偽 源加載示意圖2.2.5 磁場(chǎng)計(jì)算及準(zhǔn)確性驗(yàn)證在總剛度矩陣組裝完成之后，我們面臨的問(wèn)題就是求解大型稀疏線(xiàn)性復(fù)系數(shù)電磁場(chǎng)方程組，線(xiàn)性方程組求解方法的優(yōu)劣，直接決定了正演的精度和速度。本文使用的 IntelMKL 是英特爾公司研發(fā)的高度優(yōu)化的計(jì)算數(shù)學(xué)程序庫(kù)，特別適用于需要高性能的計(jì)算程序中。PRADISO 求解器是一種共享內(nèi)存多處理并行直接稀疏求解器，是一種高性能，強(qiáng)大，內(nèi)存優(yōu)化，易于使用的軟件包。其并行樞轉(zhuǎn)方法允許完整的超節(jié)點(diǎn)樞轉(zhuǎn)，以保證在分解過(guò)程中的數(shù)值穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性。對(duì)于足夠大的問(wèn)題，數(shù)值實(shí)驗(yàn)證明了其可擴(kuò)展的12 14 - 2 2 0-

長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文置為 200 m；長(zhǎng)為 8m，發(fā)射線(xiàn)圈匝數(shù)為 1 匝，接收為0 ，中心點(diǎn)坐標(biāo)為(0,0,0)；從 9m 到 11m，Y 方向從-2.5m 到 2.5m時(shí)間為 150ms。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2731713