一种基于神经网络的探地雷达信号解释研究

运用人工神经网络理论和方法,建立了用于隧道衬砌厚度探地雷达探测信号解释的BP神经网络模型,对某公路隧道衬砌检测厚度进行了分析应用,并与钻孔取芯结果进行比较,实践证明,该方法可提高探地雷达信号解释精度和工作效率．     

隧道检测中基本形状空洞探地雷达图像特征

空洞是隧道检测的重点探测病害之一,为了进一步提高探测空洞的水平,本文针对隧道衬砌中经常出现空洞的基本形状进行研究.以探地雷达理论为基础,运用时域有限差分法,建立隧道衬砌中圆形、矩形和直角三角形空洞的二维模型,进行探地雷达二维正演模拟.利用PVC管制作圆形空洞,利用纸板制作矩形和直角三角形空洞,依次将物理空洞模型分别埋于砂槽中,应用探地雷达进行探测.并在现场探测各种形状的空洞.数值模拟、实验和实测结果表明:探地雷达可以探测到圆形、矩形和直角三角形空洞的存在,分别可以确定圆心的水平位置,矩形的水平分布范围和直角三角形的水平分布范围.该研究对不同形状空洞的图像解释具有指导和参考作用.     

衬砌背后空洞对隧道抗震性能影响分析

目前关于隧道震害问题的研究主要集中于隧道洞门和洞口段,实际上仍有不少洞身衬砌在地震中产生严重震害,其中一个重要原因便是衬砌背后存在空洞或者回填不密实。通过大型有限元软件ABAQUS,采用无限元边界解决地震波的反射震荡问题,研究衬砌背后空洞对隧道的地震动力响应的影响。通过分析得到:密实状态下,即使在较大地震动力作用下,衬砌结构仍处于良好的受压状态;一旦衬砌背后存在空洞,地震作用下脱空区衬砌产生很大拉应力,可能导致衬砌开裂坍塌;同时,空洞处周边围岩产生塑性区,易引起岩体松弛掉落冲击衬砌。     

三维探地雷达技术在道路塌陷空洞探测中的应用

道路塌陷空洞一直是威胁交通安全运行的重要隐患,对道路塌陷空洞的探测方法进行研究具有重大的现实意义。研究工作通过实例探讨三维探地雷达（GPR）对道路塌陷区进行探测的方法技术及其应用效果。为查明道路塌陷空洞的空间分布特征,在塌陷区布设了共23条测线,1.0 m×0.5 m的三维测网并进行数据采集;通过对雷达数据进行处理,获得不同测线、不同方向的三维雷达剖面。结合地质情况对上述图件进行综合分析与解释,准确地查明塌陷空洞的位置、埋深及发育程度;经开挖验证,解译结果可靠。工程实践表明,三维探地雷达技术可以快速、高效地应用于道路塌陷探测中,其探测结果可为塌陷区后续施工以及安全防治提供参考。      

我国工程多波地震勘探研究与应用现状

从矿井和隧道超前探测、工程地质灾害勘探和工程抗震、工程质量无损检测以及岩石物性测定几个方面对工程多波地震勘探思想、理论和方法的研究和应用现状作了详细的综述和评价．具体内容包括:煤田陷落柱、地下巷道、地下空洞及隧道前方断层的探测；地面岩溶塌陷、活动断裂的探测、地下生命线工程抗震；桩基质量与承载力动态无损检测、混凝土道路路面强度、厚度、缺陷的无损检测、水底隧道工程质量无损检测和高温高压下岩石物性测定、异形标本物性测定．并对目前存在的问题进行了讨论，提出了今后发展的方向.      

偏移成像与希尔伯特变换在地质雷达探测隧道裂隙流水通道中的应用

隧道施工容易破坏岩溶裂隙水流通通道,导致局部性的地下水位急剧下降和地表水的干涸,严重影响隧道周围居民生活.地质雷达是隧道工程中常用的地球物理仪器,当应用该仪器进行勘探时,如果勘探表层存在密集钢筋干扰就会导致深部病害难以识别.工程中应用地质雷达在隧道内探测隧道路面地下水分布时,由于隧道路面表层存在的钢筋网的影响,导致雷达数据剖面深部振幅较小,异常难以识别.本文首先进行了地质雷达二维有限差分数值模拟方法,研究了表层密集钢筋对深部含水裂隙通道识别造成的影响情况,并通过对模拟数据进行偏移成像和希尔伯特振幅变换处理,压制了表层强反射的干扰,研究了含水裂隙通道的典型异常特征;最后以郴宁高速公路某隧道为例,应用本文提出的方法,压制了隧底路面下密集钢筋的影响,准确探测出了含水裂隙通道的空间分布情况,证明本文提出的方法的可行性.     

综合地球物理在灵渠工程地质调查中的应用

应用高密度电法、地质雷达及面波测试等综合地球物理方法,解决广西兴安灵渠渗水治理工程中地质调查的实际问题.采用高密度电法探测场区地层情况及秦堤渗水病害情况;地质雷达方法探测探明了场区表层土体密实度及空洞情况;面波测试进行了场区覆盖层速度分层及不良地质现象判定.最后,综合分析三种物探方法的探测结果并将其与后期钻探成果进行了对比验证.结果表明:综合物探探测成果与后期钻探验证结果一致.工程实践表明,采用多种物探方法相互印证,对比解译分析在工程地质调查中是必要的也是十分有意义的.     

探地雷达正演模拟与引水隧洞实测资料解释

本文从Maxwell方程组出发,给出了探地雷达时域有限差分法波动方程,介绍了UPML边界条件,推导出基于UPML边界条件探地雷达二维正演模拟的FDTD表达式,并编制了正演模拟MATLAB程序.利用该程序对典型地电模型进行正演与分析,明确了钢筋及空洞缺陷在雷达剖面图上的异常表现形式,证明了在钢筋间距为0.2m时,探地雷达能够对钢筋下存在的空洞缺陷进行探测.并把这些结论应用到福建省某水电站引水隧洞衬砌检测的实际资料解释中,有效地解答了实测资料解释中遇到的问题.     

探地雷达用于隧道超前地质预报中数值模拟研究

隧道地质超前预报在隧道工程施工中有着重要的作用,探地雷达法(GPR)作为隧道地质超前预报方法之一,具有探测对施工干扰小、探测效率高的优点,但在图像解译和探测的深度方面存在不足.本文分析GPRMAX正演模拟的基础理论,并讨论了二维有限差分法(FDTD)基本参数的选取,对隧道前方的不良地质体进行正演数值模拟,得到不同地质体的反射图像特征,并结合工程实例,说明该正演模拟能够指导解译工作.     

音频大地电磁法在和邢铁路天河山隧道超前探测中的应用研究

随着铁路建设的发展,规模较大的隧道数量越来越多,且隧道在施工过程中经常伴随着塌陷、突泥、涌水等地质灾害的发生,因此探明隧道前方隐藏的地质灾害至关重要。当隧道前方及上方地质异常体达到一定规模时,会对隧道产生多方向的较大压力,而在隧道内部开展的常规预报方法只能探测隧道前方地质异常体。本文为了探究和邢铁路天河山隧道周边地质异常体的空间规模及形态,在隧道上方布置3条音频大地电磁测深剖面,对音频大地电磁数据进行精细化处理、分析和反演,最终获得地下700 m深度范围内电阻率结构模型,发现存在东、西2组低阻异常,结合地球物理和地质资料,认为东部的近直立低阻异常可能为破碎带,而西部向西倾斜的低阻异常可能为与区域大断裂相关的构造或破碎带,且异常规模较大。后期隧道的掘进结果证实了反演结果的可靠性,认为采用音频大地电磁测深方法可以有效探测隧道周边一定深度范围内地质异常体的空间规模和形态,可为有效避免隧道施工过程中重大地质灾害的发生提供参考依据。     

大型引水隧道在平面地震波入射下动力响应的解析解

本文以波函数展开法为基础,给出了SV波与P波入射时大型引水隧道平面地震响应的解析解.并根据解析解,利用数值方法对建立的场地模型进行了计算分析,研究了隧道结构-水体体系的地震响应.重点讨论了入射波频率、入射角、衬砌力学性能对衬砌结构动力响应的影响.分析表明,大型引水隧道动力响应受入射波频率和入射角的影响较为明显,而衬砌力...     

机载探地雷达数值模拟及逆时偏移成像

机载探地雷达可以用于人类无法到达的危险地区、植被严重覆盖的地下目标体探测,然而由于机载探地雷达的特殊性,影响机载探地雷达探测效果的因素包括天线的极化方向、天线的飞行高度以及地表粗糙度等.为了研究这些影响因素与探测效果之间的关系,用三维时间域有限差分模拟电磁波的传播过程,以沙漠地区地下空洞掩体的机载探地雷达探测为实例,分别模拟了不同天线极化方向、天线高度及地表粗糙度情况下的机载探地雷达剖面,分析了各因素对机载探地雷达探测地下空洞目标体的影响.天线极化方向与目标体走向垂直更有利于地下目标体探测;天线距离地表越近,可以获得更高分辨率的雷达剖面;沙漠地表起伏越大,雷达剖面中的散射杂波能量越强,浅部地下目标体信号容易被掩盖.为了消除起伏地形造成的散射杂波,提出用逆时偏移成像技术对共炮集机载探地雷达数据进行偏移成像,成像结果优于基尔霍夫偏移成像结果.     

Effect of interface friction on tunnel liner internal forces due to seismic S- and P-wave propagation

The effects on the hoop force and bending moment developed in the lining of a circular tunnel of the contact properties of the soil-lining interface are investigated numerically for both cases of S- and P-seismic wave propagation. Development of a robust model for the dynamic simulation of this problem includes: (i) the implementation of a hysteretic model of the non-linear soil response under cyclic loads in the finite element code ABAQUS; and (ii) validation of the analyses results against centrifuge tests from the literature and closed-from elasticity solutions. Accordingly, a parametric study is conducted to quantify the effect of adopting different values of the friction coefficient of the tunnel liner interface, while assuming that the relaxation load is transferred only to the temporary support shell of the tunnel; a hypothesis applicable mainly to tunnels constructed with the NATM method where an unreinforced concrete final lining is usually installed. Practical findings of this study suggest that the full-slip assumption should be used in conjunction with closed-form expressions for preliminary estimates of the tunnel response. On the contrary, for tunnels where the lining is designed to bear the soil loads, numerical tools should be used for the rational assessment of their seismic response. In the latter case, more experimental studies are needed to evaluate the friction properties at the interface, since common expressions correlating the friction coefficient with the friction angle of the surrounding soil do not appear compatible with the centrifuge test results examined herein.     

SV波入射下饱和地层浅埋平行隧道动力响应机制

目前城市核心区交叠紧邻的隧道群大量涌现,其抗震安全性问题日益突出,但近邻隧道之间以及与地层的动力相互作用机制尚不清晰.本文针对饱和地层浅埋平行隧道,基于Biot两相介质理论,采用边界积分方程法分别建立了饱和地层水平和竖向双线隧道动力作用分析模型,并与典型算例精确解对比验证了本模型的有效性;在此基础上,研究了SV波入射频...     

高压富水区隧道超前地质预报应用研究

隧道施工过程中,经常遇到突水、突泥和坍塌等无法预料的地质灾害,给施工安全带来了重大灾难和无法估计的经济损失,为了保证隧道施工安全,对不良地质体的发育情况进行准确及时的超前预报,是当前隧道设计与施工中亟待研究与解决的关键问题.详细介绍了TSP-203超前预测预报原理及方法,针对渝宜高速公路某隧道复杂的地质条件,在施工过程中进行了超前地质预测预报,并对预报结果进行了较为详细的处理和分析,同时根据隧道施工现场高压区富水层等地质情况,对隧道外水荷载计算方法和衬砌设计结构进行了分析.结果表明,预报成果与实际情况基本吻合,有效地指导了隧道施工.     

强震作用下黄土隧道洞口段地震动放大效应研究

针对黄土地区山岭隧道面临的强震灾害现实特点,以强震作用下洞口周边土体与隧道结构的地震动放大效应为主要研究目标,通过建立三维数值模型,重点研究不同坡度、坡高与入洞高程模型的坡面高程方向、水平方向以及衬砌结构的加速度与位移响应规律,提出坡面加固区范围和隧道抗震设防长度建议值。研究结果表明:仰坡高度、坡角及进洞高程的变化,均会对隧道洞口段地震响应规律和破坏模式产生重要影响,缓坡易发生坡底处的剪切破坏,而陡坡易发生坡顶的拉裂破坏;随着边坡高度的增大,边坡的滑动破坏范围逐渐增大;隧道的存在对坡面地震动高程放大效应有明显"抑制"作用,在洞口水平向存在动力响应放大区,范围为2.1～2.8倍洞径;通过分析隧道衬砌沿进深方向的动力响应规律,建议黄土隧道洞口段抗震设防长度最小值为3倍洞径。     

跨黏滑断层隧道纤维混凝土衬砌抗错断技术研究

为提高跨黏滑断层隧道的结构安全性和稳定性,以都汶高速友谊隧道F 1黏滑断层段为研究背景,通过采用纤维混凝土衬砌对跨黏滑断层隧道抗错断技术进行研究。结果表明:同体积纤维掺量条件下,混杂纤维混凝土(SBFRC)立方体抗压强度比纤维混凝土(SFRC)略低,SBFRC抗折强度比SFRC略高;断层黏滑错动对隧道上盘的影响大于下盘;纤维混凝土衬砌对下盘隧道结构的抗错效果优于上盘隧道,SFRC二衬平均抗错效果为12.22%,SBFRC二衬平均抗错效果为15.81%。研究成果可为黏滑断层隧道的结构设计及施工提供参考。     

Scattering of plane P,SV or Rayleigh waves by a shallow lined tunnel in an elastic half space

Based on the plane complex variable theory and the image technique, an analytical solution is presented for scattering of plane harmonic P, SV or Rayleigh waves by a shallow lined circular tunnel in an elastic half space. The major contribution of this study is the treatment of the orthogonality of the boundary conditions along the half surface and the cavity wall. In terms of the image technique, the scattered waves by the half surface are simulated as transmitting from the image source of the origin of the tunnel. Using two different conformal mapping functions, we obtained the complex-valued stresses and displacements of the elastic medium and the liner in the image domain, respectively. The boundary value problem results in a set of infinite algebraic equations. The accuracy of the present approach is verified by comparing the present solution results with the available published data. Parametric study indicates that the embedment depth, the shear modulus and the thickness of the liner have significant influences on the dynamic response of the liner and the medium.     

不滑移状态下深埋圆形隧道地震响应研究

地下结构的地震响应主要取决于由地震波传播产生的土体变形与土结相互作用。剪切波传播过程中将会引起隧道衬砌的椭圆化变形,进而降低衬砌有效承载力。剪切波作用下的深埋圆形隧道可认为处于均质的纯剪状态,基于相对刚度法的拟静力解析解可充分考虑土结相互作用对隧道结构内力的影响。基于此,本文将通过有限元数值分析获得的自由场地地基变形引入不滑移状态下深埋圆形隧道内力求解公式,并结合二维和三维数值模拟途径,将动力分析结果与解析解结果进行对比分析,以评价各种解析方法的适用性和数值途径的可靠性。