發(fā)布時(shí)間：2017-07-07 21:03

  本文關(guān)鍵詞：負(fù)視速度隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)正反演

  更多相關(guān)文章： 隧道 地質(zhì)預(yù)報(bào) 數(shù)值模擬 有限差分 時(shí)距曲線

【摘要】：隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步,工程質(zhì)量的要求越來越高,鐵路、公路需要在隧道中修建,那么隧道的挖掘就成為重要的環(huán)節(jié)。但是由于掌子面前方地質(zhì)狀況不清楚,潛在的地質(zhì)危險(xiǎn)因素比較多,如果冒然開挖,必將出現(xiàn)各種地質(zhì)險(xiǎn)情,如坍塌、突泥突水等,隧道施工進(jìn)度會(huì)受到很大的影響,甚至造成人員的傷亡和經(jīng)濟(jì)的損失。因此,研究隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)勢(shì)在必行,很多專家和學(xué)者都在努力的研究,希望能盡可能的了解掌子面前方的地質(zhì)情況,為更安全的隧道施工提供依據(jù)。論文比較詳細(xì)地闡述了隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的發(fā)展?fàn)顩r,通過對(duì)比說明隧道地震法超前預(yù)報(bào)的優(yōu)點(diǎn)。地震波反射波法有TSP、負(fù)視速度法等,其中負(fù)視速度法的資料處理簡(jiǎn)單快捷,甚至在現(xiàn)場(chǎng)就可以得到預(yù)測(cè)結(jié)果。隧道超前負(fù)視速度法就是通過在隧道壁布置炮點(diǎn)和檢波點(diǎn),炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)在一條直線上,并且垂直于隧道掌子面,這樣得到的反射波時(shí)距曲線和直達(dá)波時(shí)距曲線的交點(diǎn)即是掌子面的位置。論文通過波動(dòng)方程有限差分正演,對(duì)掌子面前方存在各種界面時(shí)地震波場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,并在垂直和水平方向布置檢波器取得地震記錄。通過波場(chǎng)快照和地震記錄研究了隧道壁激發(fā)條件下各界面反射波的特征,為負(fù)視速度法的解釋提供了合理依據(jù)。在正演計(jì)算中,采用分區(qū)衰減法來處理隧道自由邊界,使隧道內(nèi)波場(chǎng)值衰減為零,有效地降低了隧道的影響;用完全匹配層(PML)來處理人工邊界,消除了邊界造成的干擾。對(duì)于小傾角界面(60o)的負(fù)視速度法的常規(guī)順勢(shì)延伸法,存在誤差大的問題,論文通過理論模型分析建立多項(xiàng)式擬合、連分式插值、一元三點(diǎn)插值處理時(shí)距曲線,能夠有效的降低誤差到1%-5.5%,提高了解釋的準(zhǔn)確性。文中設(shè)置了五個(gè)模型來研究掌子面前方地震波場(chǎng)的特征和地震記錄中直達(dá)波和反射波的時(shí)距曲線的特點(diǎn)。對(duì)于正演的得到地震記錄,傳統(tǒng)方式是通過順勢(shì)延伸時(shí)距曲線來確定界面位置,這樣得到誤差隨著界面傾角變小越來越大,本文提出采用插值擬合的方式來處理時(shí)距曲線,對(duì)比兩種方式,插值擬合的誤差很小,并總結(jié)了負(fù)視速度法時(shí)距曲線規(guī)律。對(duì)于多層界面,還要對(duì)時(shí)距曲線進(jìn)行校正,采用能量守恒的方式來求出相鄰區(qū)域的速度值,然后對(duì)時(shí)距曲線進(jìn)行校正,對(duì)比研究可以得到在處理多層界面時(shí),可以減小誤差。正演模擬為研究隧道地震波傳播的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)提供參考,反演為處理和解釋隧道地震波數(shù)據(jù)提供理論基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：隧道 地質(zhì)預(yù)報(bào) 數(shù)值模擬 有限差分 時(shí)距曲線
【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】：2016
【分類號(hào)】：U452.1;P631.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• abstract5-9
• 第一章 緒論9-14
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 研究目的和意義10
• 1.3 隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法概述10-14
• 1.3.1 地質(zhì)法10-11
• 1.3.2 鉆探法11
• 1.3.3 物探法11-14
• 第二章 地震反射波法超前地質(zhì)預(yù)報(bào)理論基礎(chǔ)14-21
• 2.1 地震波產(chǎn)生條件14
• 2.2 地震子波14-15
• 2.3 地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征15-21
• 2.3.1 波前理論15-16
• 2.3.2 分層介質(zhì)中的地震波16-18
• 2.3.3 反射波速度18
• 2.3.4 地震波時(shí)距曲線18-21
• 第三章 應(yīng)力速度波動(dòng)方程的推導(dǎo)21-27
• 3.1 運(yùn)動(dòng)微分方程21
• 3.2 幾何方程21
• 3.3 物理方程21
• 3.4 彈性介質(zhì)中的應(yīng)力-速度波動(dòng)方程21-25
• 3.5 邊界條件25-27
• 3.5.1 自由邊界條件25-26
• 3.5.2 固體與固體分界面處的邊界條件26
• 3.5.3 人工邊界條件26-27
• 第四章 基于隧道的交錯(cuò)網(wǎng)格有限差分?jǐn)?shù)值模擬27-49
• 4.1 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)的建立27-29
• 4.2 隧道內(nèi)部區(qū)域的處理29-30
• 4.2.1 直接衰減法29
• 4.2.2 直接法29-30
• 4.2.3 應(yīng)力鏡像法30
• 4.2.4 橫向各向同性介質(zhì)替換法30
• 4.3 震源30-31
• 4.4 隧道模型正演模擬31-49
• 4.4.1 隧道掌子面前方為垂直界面31-35
• 4.4.2 隧道掌子面前方為傾斜界面35-40
• 4.4.3 隧道掌子面前方為傾斜垂直混合界面40-42
• 4.4.4 隧道掌子面前方有空洞42-44
• 4.4.5 隧道掌子面前方有垂直傾斜單界面44-49
• 第五章 掌子面前方傾斜界面位置的確定49-65
• 5.1 數(shù)值計(jì)算方程的建立49-50
• 5.2 傾斜界面時(shí)距曲線插值擬合50-53
• 5.2.1 最小二乘法多項(xiàng)式插值擬合50-52
• 5.2.2 一元三點(diǎn)插值擬合52-53
• 5.3 多項(xiàng)式擬合傾斜界面不同距離不同傾角時(shí)距曲線53-54
• 5.4 傾斜界面角度的確定54
• 5.5 插值擬合時(shí)距曲線54-65
• 5.5.1 大傾角傾斜界面時(shí)距曲線55-60
• 5.5.2 小傾角傾斜界面時(shí)距曲線60-65
• 第六章 結(jié)論和建議65-67
• 6.1 結(jié)論65-66
• 6.2 建議66-67
• 參考文獻(xiàn)67-71
• 攻讀碩士期間取得的研究成果71-72
• 致謝72

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：531779