磁力梯度张量测量及应用

随着超高灵敏度和高精度的超导量子干涉磁力(SQUID)技术的突破,世界上多个国家正在积极研究磁力梯度张量测量系统.张量技术在资源勘探,军事、环境等领域有重要应用价值,磁力梯度张量具有良好的数学性质,受磁化方向影响小,其特征根和不变量能更好地反演场源参数(方位、磁矩等)并对场源进行定位、追踪;当前磁力梯度张量测量系统开发技术领先的主要有德国的LTS-SQUID全张量磁力梯度测量系统,美国的HTS-SQUID全张量磁力梯度测量系统及澳大利亚的GETMAG磁力梯度张量测量系统;目前,磁力梯度张量技术已广泛应用于军事方面的场源实时定位跟踪、环境方面的UXO及其他铁磁性物质的探测、资源勘探方面的场源细微结构走向的识别等.这些应用均取得了比以前磁力标量测量更好的效果,磁力梯度张量技术正成为磁力勘探中一个新热点.     

理论模型分析卡尔曼滤波在航空全张量磁力梯度测量中的应用效果

航空全张量磁力梯度测量数据中包含非常复杂的运动噪声,在频谱图中从低频至高频均有分布,并以白噪声为主,如何有效压制运动噪声是一个较大的挑战。传统的数字滤波只能滤除指定频段的噪声,对于混叠在全张量磁力梯度有用信号中的噪声不能有效分离。鉴于卡尔曼滤波是一种快速、高效和实时的最优估计方法,笔者将其应用到航空全张量磁力梯度数据处理中,搭建合理的状态方程和观测方程,通过模型实验验证了方法的有效性,结果显示全区噪声衰减因子优于0.92,即能够去除92%以上噪声成分,全区均方误差优于10 pT/m,可应用于航空全张量磁力梯度数据实时处理。     

锦屏一级水电站左岸开挖高边坡变形监测分析

锦屏一级水电站左岸开挖高边坡的开挖高度达到530 m,断层发育,岩体卸荷深度大,地质条件十分复杂,边坡在施工期和运行期的稳定性问题特别重要。对边坡的工程地质条件进行分析,介绍锦屏一级水电站工程左岸边坡的变形监测布置及监测结果。锦屏一级左坝肩边坡采用表面变形观测、浅表变形观测及深部变形观测,由表及里3个层次监测边坡岩体的变形。表面变形监测采用外观变形监测方法;浅部变形监测采用多点位移计,监测深度为0～90 m;深部变形监测采用平洞测距、水准沉降及石墨杆收敛计等监测方法,布置于勘探平洞内,穿越主要断层及深部拉裂缝,最大监测达到260 m。截止2011年5月,边坡浅表最大水平位移106.1 mm,最大垂直下沉位移58.6 mm,主要受边坡开挖及支护控制。深层最大水平变形量为47.48 mm,最大垂直沉降变形为7.2 mm,主要受深部拉裂缝及断层控制。目前位移趋于收敛,最大变形速率小于0.1 mm/d,满足安全控制标准,边坡已趋于稳定。     

北斗高精度定位技术在边坡变形监测中的应用

简要介绍了北斗卫星导航系统,并基于北斗卫星导航定位系统建立了适合于边坡变形监测的北斗云监测系统,实现了从数据采集到监测结果显示的全过程自动化。分析了相对于传统边坡变形监测应用北斗技术对边坡变形监测的优势。设计了监测系统的精度试验,分析了系统精度与定位时长的关系,试验结果表明,定位时长为24 h时,监测系统的水平方向的精度为2 mm左右,完全满足公路高边坡变形监测的精度要求。将北斗云监测系统应用于贵州都安高速某高边坡变形监测工程中,实现了对该边坡变形的自动化监测。监测结果表明北斗技术完全可以应用于边坡变形监测,对提高边坡变形监测能力具有重要意义。     

CTZY—1海洋质子磁力梯度仪

海洋质子磁力梯度仪是本世纪七十年代发展的新型海洋磁测仪器,用于海洋磁力梯度测量。用它进行磁场测量时可不受地磁场日变化,磁暴的影响,不用做地磁测量的时变改正,不必设置日变站,既能节省经费又能提高测量精度,这对海洋磁力测量是很有意义的。应用磁力梯度值能更好地分辨磁异常与地质构造界面,更便于解释浅层地质构造,寻找海底埋藏的异物(沉船、海底电缆、输油管等),所以磁力梯度测量广泛应用地球物理测量和海洋地质勘探各个方面。目前国外许多海洋机构都采用此种仪器。     

利用IGRF模型计算全张量地磁梯度

国际地磁参考场(IGRF)是一种描述地球主磁场的国际通用模型。目前利用该模型能够计算任意点位的地磁七要素,但随着航空全张量磁测技术的发展,对地球主磁场的全张量磁梯度数据有着迫切的需求。笔者梳理了IGRF模型的计算原理并进一步推导出球谐展开的全张量磁梯度表达式,实现了任意给定点位地磁场七要素和全张量的计算,并用地磁七要素与美国国家海洋和大气管理局(NOAA)网站计算数据进行对照,结果准确可靠。绘制了某地区地磁场的全张量磁梯度等值线图,结果满足Laplace方程,为航空全张量磁梯度测量中选择学习飞行工区和飞行高度提供了理论依据。     

地质力学磁力模型试验原理及其在工程中的应用

地质力学磁力模型试验借鉴土工离心模型试验中利用离心力模拟重力的思想。在均匀梯度磁场中,掺有铁磁材料的相似材料会受到均匀的磁力作用,由此可以利用均匀的磁力场模拟重力场。根据电磁学基本原理和磁路设计原理,设计并制造了一台2 000匝线圈的均匀梯度磁场发生装置。该装置在220 V电压情况下,能够产生0～16 A电流,在1.2 m×1.2 m×1.0 m试验空间内,可将磁性相似材料的重度提高10～30倍。以锦屏一级电站左岸高陡边坡为例,进行地质力学磁力模型试验。试验结果表明,在一定的电流作用下,可以使模型所受体力的提高倍数达到相似比的要求,并与数值模拟结果进行了对比,试验结果与计算结果基本一致。在增加通电电流时,试验设备可以模拟边坡的超载过程,进而可以求出边坡的超载安全系数。     

重力和磁力勘探进入新时期

评论了航空重力测量和航空磁测观测技术,认为重力和磁力勘探进入一个新时期的标志是:航空矢量磁测、全张量磁力梯度测量、航空重力测量、重力梯度测量和无人飞行器地球物理探测。     

高边坡变形非线性时变统计模型研究

基于高边坡长期变形监测资料,深入分析了边坡变形的影响因素,建立边坡非线形时变统计监控模型,并将模型应用于锦屏一级水电站边坡工程。通过典型测点长期监测资料的分析,确定时效和降雨是影响边坡变形的2个主要因素,并给出了各自的表述形式,在Matlab平台上,采用非线性回归方法得到边坡非线性时变统计模型的参数。在此基础上,根据边坡变形拟合残差时序,采用ARMA模型方法进行拟合和预测,对边坡非线性时变模型的拟合和预测进行修正。结果表明,模型能较好地描述高边坡的变形特征,并且具有很好的拟合和预测精度。     

MEMS传感器应用于边坡监测技术研究

边坡是地质工程中常见的施工环境之一,目前对边坡的监测手段主要集中于GPS、激光、摄影仪、测斜仪、无人机、形状记忆合金、压电材料、电阻应变丝、碳纤维等技术手段,然而无论是从测量精度、能耗、环境适应性以及监测尺度方面,均有明显的优、缺点,边坡监测领域亟待创新。随之微型机电系统的高速发展,MEMS传感器在土木、地质工程领域的应用前景愈发宽阔。本文在对以往常用的边坡变形智能监测方法分析的基础上,对MEMS传感器的发展及应用进行研究认为,MEMS技术的独特优势对滑坡智能监测及防治具有重大的现实意义,其具有体积小、造价低、精度高、能耗低等优点,未来在地质工程、土木工程等领域具有广阔的应用前景。     

移动平台全张量重力梯度数据的噪声抑制

全张量重力梯度仪器测量数据中包含了大量的白噪声和有色噪声。传统的数字滤波器只能滤除某一频段外的噪声,对于混叠在重力梯度有用信号频段范围内的有色噪声不能很好的对其进行分离。为了同时滤除白噪声和有色噪声,笔者利用卡尔曼滤波器采用增广矩阵法将全张量重力梯度数据中的有色噪声进行估计,在抑制白噪声的同时将有用信号和有色噪声分离,并利用数字滤波器与卡尔曼滤波器的优点,将其结合生了更好的滤波效果,得到了更高质量的梯度信号。通过模型试验验证了本方法对噪声的滤波能力,并满足高精度重力梯度数据处理要求。     

辽宁海州露天矿边坡预应力锚索远程监测系统

随着海州露天矿的闭坑,岩体结构越来越弱化,围岩的支承能力越来越小,露天矿边坡处于不稳定状态,具有发生大规模滑坡的潜在危险。根据海州露天矿工程地质条件,边坡形态,稳定状态及监测目的,研发海州露天矿边坡预应力锚索远程监测系统。系统应用GPRS远距离无线传输技术远程主动监测边坡岩体内部应力变化来获取岩体变形特征和滑移信息,实现边坡锚索应力全天候连续自动监测,其采用太阳能进行供电,适用于边坡中、长期监测。通过对海州露天矿边坡监测与边坡稳定性分析的现场应用实践证明,该系统可以对边坡稳态进行实时监测,对边坡滑坡灾害防治具有重要意义。     

某水电站进水口高边坡开挖的变形响应研究

针对西南某大型水电站高达近106 m的人工进水口垂直高边坡,通过现场跟踪施工的地质调查工作,系统研究了复杂地质条件和高地应力环境下岩石高边坡大坡比、强开挖所表现的变形响应,揭示了此类边坡变形响应的基本规律及特殊表现。研究表明：高边坡开挖过程中,边坡的变形与开挖过程有较强的同步性。变形主要受开挖卸荷影响,随着开挖的进行,坡体的变形随开挖面的远离表现出总体衰减,最终稳定的响应特征。变形可归纳为3种性质,即浅表松弛型、协调渐变型和回弹错动型,总体以浅表松弛型为主等。     

燕家台碎裂岩质边坡变形体变形规律研究

燕家台碎裂岩质边坡是区域地质构造多次反复作用而形成的,其复杂多变的工程地质条件给工程设计和施工带来了极大的困难。通过对大量的边坡监测资料分析,选取具有代表性的断面进行研究,人为扰动和降雨是边坡位移的主要控制因素。将边坡变形演化分5个阶段,分析了滑体的变形规律并提出支护建议,为公路边坡的设计和施工提供了依据。     

龙滩水电站蠕变体B区折断面及折断错滑面成因分 析

通过对广西龙滩水电站左岸边坡蠕变体B区折断面和折断错滑面地质特征,变形特征,滑带充填物特征以及力学参数研究,结合监测,岩体风化以及构造特征、表层岩土体滑移-牵引等特征分析,认为折断面和折断错滑面的形成主要是由于边坡岩性以及河水侵蚀等作用下,岩体的风化差异所造成的,而且在目前有效的工程处理下,由监测资料可知,边坡变形波动较大,变形量值小,没有明显的滑移趋势,稳定性较可靠。     

强风化软硬互层岩质高边坡监测与数值模拟

强风化软硬互层岩质高边坡属岩质边坡特殊情况,其结构面组成及性质复杂,与支护结构相互作用的复杂程度较高,相互影响较大,顺倾结构面临空等情况下破坏可能性很大。以兰永一级公路某深挖路堑边坡的治理工程为依托,对边坡支护过程中及支护结束后的锚杆应力、锚索内力、坡体位移进行了原位监测,并利用岩土分析软件PLAXIS,采用节理岩模块对该边坡工程进行了数值模拟分析。监测及模拟结果表明：该边坡由节理裂隙与岩层面形成折线形潜在滑面,且具有相同滑动可能性的潜在滑面不止一个;支护结构穿透组成滑面折线的任何折线段部分均对结构面稳定有显著影响,但支护结构穿透泥岩面对结构面的影响较穿透节理裂隙更大;支护锚索预应力变化具有一定规律,预应力变化过程对坡体位移及支护结构内力具有一定影响;坡体的主动变形对支护结构内力的影响较坡体被动变形大,结构面产生滑动趋势对坡面位移影响的敏感程度较支护结构内力影响的敏感程度低。该边坡支护稳定,支护设计合理,可为同类边坡支护设计提供相应建议。     

西南某大型水电站拱肩槽边坡开挖的变形响应研究

对在复杂地质条件和高地应力环境下,高达近330m的人工岩石拱肩槽高边坡的研究,尤其是在大坡比、强开挖条件下所表现的变形响应规律的研究具有重要的理论与现实意义。论文通过大量现场跟踪施工的地质调查工作和利用丰富的监测资料的基础上,系统地研究了此类边坡变形响应的基本规律及特殊表现,得到了拱肩槽高边坡开挖过程中,边坡的变形与开挖过程有较强的同步性。变形主要受开挖卸荷影响;随开挖的进行,坡体的变形随开挖面的远离表现出总体衰减的特征等。开挖后的坡体的变形量较小,变形深度较浅,而且在开挖12~18个月后,变形趋于稳定。这些结论对类似边坡开挖及其稳定性的控制具有重要的借鉴意义。     

龙滩水电站左岸蠕变体B区边坡位移监测分析

结合地下水位监测与降雨量监测结果,对龙滩水电站左岸蠕变体B区边坡位移监测资料进行综合分析,认为边坡蠕变岩体位移主要发生在高程520m以上,且强风化线或蠕变岩体折断面控制着边坡岩体的变形,由于边坡排水、坡体压脚,岩体变形速率逐渐变小,目前已经基本稳定。应加强边坡强风化线或蠕变岩体折断面附近的位移监测,特别是蓄水期监测;同时要保证地表和地下排水系统的正常运行。     

复合采动边坡变形机理及稳定性评价

在边坡下采煤,井工开采不仅使边坡岩土体结构发生破坏,物理力学强度降低,同时还会引起边坡岩土体中的应力发生重分布,对露天边坡的变形及稳定性将产生较大影响.本文以山西平朔安太堡露天矿东帮边坡在B900工作面井采影响下的位移监测资料为基础,分析总结了露井联合开采条件下边坡变形规律及机理,并结合结构面组合判断、FLAC数值模拟...