超前探测中探地雷达应用与结果的处理分析

在隧道施工中,由于地质条件的复杂性和勘察工作的局限性,往往造成地质勘查成果与开挖后的情况不一致,这就要求在隧道施工工程中进行超前跟踪探测,确保隧道施工的安全。本文主要介绍SIR-3000探地雷达系统在郴(州)宁(远)高速公路芒头岭隧道超前预报中的应用概况,并采用空间域滤波和希尔伯特变换等方法对探测结果进行处理,根据处理结果对隧道掌子面前方溶洞、裂隙等地质情况进行预测。隧道后期的开挖情况证明了雷达预测结果的正确性,取得了较好的预测效果,同时也说明了采用空间滤波、希尔伯特变换等处理方法对改进实测数据质量方面的有用性。     

自贡市西山公园地形对地震动的影响

不规则地形和土层对地震动的影响较大,建(构)筑物选址及其抗震设防必须考虑地形和土层场地的放大效应,以避免或减轻其震害.利用自贡地形台阵记录的汶川地震(Ms8.0)的主震加速度时程,基于传统谱比法分别研究了地形和土层场地对地震动的放大效应.结果表明:(1)地形场地在低频的放大效应不明显,最大仅为1.24;在高频的放大效应较显著,在1~10 Hz频带,山顶的放大效应最大,EW、NS和UD地震动的最大放大效应分别为4.15、3.61和2.41,对应频率分别为5.72 Hz、6.46 Hz和7.44 Hz;在10~20 Hz频带,靠近山顶的山脊上某个地震动分量的放大效应最大,7#台站EW、5#台站NS和7#台站UD地震动的最大放大效应分别为9.10、5.56和2.52,对应频率分别为16.97 Hz、16.91 Hz和17.91 Hz.(2)地形场地的最大放大效应随高度有增加的趋势,且在0.1~10 Hz频带随高度增加的趋势更加明显.(3)土层场地水平向地震动在2 Hz以上开始明显放大,竖向地震动在4 Hz以上开始明显放大;EW、NS和UD地震动的最大放大效应分别为13.4、12.168和6.0,对应频率分别为6.94 Hz、7.55 Hz和10.8 Hz.(4)土层场地与地形场地的最大放大效应相比较,前者显著大于后者,对于水平向地震动,前者至少是后者的3倍以上;对于竖向地震动,前者至少是后者的2.5倍以上.(5)无论是地形场地还是土层场地,地震动的最大放大效应均有水平向大于竖向的特征.     

2008年汶川地震近断层竖向与水平向地震动特征

选取分布在北川—映秀中央断裂两侧断层距120 km以内的40个强震动台站的记录,对汶川地震近断层地震动竖向和水平向加速度峰值、速度峰值、竖向和水平向加速度反应谱及谱比值进行了统计分析.研究表明:(1)地震动加速度峰值有显著的上盘效应,经验衰减模型的结果表明,在距地表破裂3~60 km的范围内,龙门山发震断层上盘一侧竖向与水平向的加速度峰值要比衰减模型得到的平均值大30%~40%.上盘的加速度峰值残差大部分是正值,而断层下盘残差大部分为负;水平地震动的东西分量幅值总体要大于南北分量,东西分量衰减相对较慢.(2)地震动长周期成分较弱,加速度反应谱值随周期增大而迅速减小,在周期1.0 s 时,即使在靠近中央断裂的最大加速度反应谱值也只有0.5 g;地震动加速度反应谱谱比值(竖向/水平向)沿龙门山断层周围的分布,在较长周期(T=0.2 s, 0.5 s, 1.0 s)与短周期(T=0.05 s, 0.1 s)有明显的不同.(3)近断层竖向地震动显著,地震动加速度峰值比在(竖向/水平向)可达1.4.在龙门山发震断层的上盘,地震动加速度峰值比整体上比下盘要大,竖向地震动尤为剧烈.部分近断层记录的地震动谱比值(竖向/水平向)在短周期(< 0.1 s)甚至超过1.5,统计分析还表明谱比值在短周期段(< 0.1 s)随断层距的增大而减小.     

2008年汶川地震近断层地震动的非平稳特征

利用中国强震动台网获得的汶川地震近断层强震动数据,研究汶川地震近断层地震动的强度和频率的非平稳特征,并对其非平稳特征的原因进行初步分析.研究表明近断层地震动强度和频率表现出很强的非平稳特性,这种非平稳特征主要受震源破裂机制、台站方位和局部场地条件的影响.破裂传播正向和反方向上地震动强度和频率的时间过程有显著的不同.在破裂正向上,地震动加速度记录表现为大幅值、短持时的强度过程,强度过程的持续时间为15 s左右,加速度时程的主要周期约为0.4 s,地震动速度时程有较明显的速度脉冲,脉冲周期可以达到8 s;在破裂的反方向上,地震动强度过程的时间跨度长达90 s,加速度记录的主要周期约为0.6 s,速度时程中没有明显的脉冲.小波功率谱的分析结果表明破裂正向上速度脉冲表现为在很小的时间尺度和频域内能量的集中,值得注意的是,观测到的速度脉冲的周期长达8 s,比Chi-Chi地震和Kobe地震中观测到的脉冲周期要长,这可能与汶川地震的震级相对较大有关.     

鲁甸地震强震动记录与地震动衰减模型的对比研究

利用2014年鲁甸M_S6.5地震断层距小于300 km的32个自由场地观测台站的地震动加速度记录,分析了地震动峰值加速度(PGA)和峰值速度(PGV)的空间分布特征,并对已有地震动衰减模型中的NGA-West2四个模型和1个中国川藏区模型进行了比较分析.研究表明,地震动PGA和PGV衰减最快的方向与断层主破裂方向一致.在整个断层距(R_rup)范围内大多数台站的地震动PGA、PGV和加速度反应谱值(Sa(T=0.1、5.0 s))均位于NGA-West2四个模型预测曲线的±1倍标准差之外.PGA、PGV和Sa(T=5.0 s)的事件内残差均值在-1.43~-0.74之间.Sa(T=0.01~5.0 s)事件内残差均值在整个距离范围内均表现出系统性偏负.NGA-West2四个模型的PGA事件内残差的空间分布特征相似,其最大正值和最大负值分布区域的震源-场地方位角约为-90°和90°,与主破裂断层方向垂直,所处地势较为平坦且台站场地V_S30相对较大.NGA-West2四个模型总体上会较大地高估鲁甸地震整个断层距范围内各个周期尤其是短周期(T < 1.0 s)的地震动加速度反应谱值.考虑本地区实际地震资料的中国川藏区地震动衰减模型也会在一定程度上高估鲁甸地震大多数台站的地震动加速度反应谱值,但是相对于NGA-West2四个模型,其预测值更接近鲁甸地震的实际观测值.

     

GNSS-R测量地表土壤湿度的地基实验

应用地基GNSS-R测量土壤湿度,相比空基而言,反射信号接收天线安装位置低,反射区面积小,反射区域内土壤构成成分一致,可以克服空基实验带来的反射区面积大、反射区内土壤地貌复杂的因素,有利于提高反演的精度.本文介绍了地基GNSS-R反演土壤湿度的原理和方法.首先通过归一化处理消除电离层和中性大气对信号强度的影响,然后利用光滑地表散射模型和土壤介电常数模型反演土壤湿度.为验证GNSS-R反演结果的精度, 利用配置右旋天线和左旋天线的GNSS-R接收机在武汉华中农业大学试验田开展地基GNSS-R测量土壤湿度实验,用土壤湿度计(TDR)与GNSS-R一起进行了联合观测, 对实测数据进行分析和统计,在低洼区和平整区观测的对比结果表明,利用多颗高仰角卫星进行联合反演,减小了单颗星反演的误差.实验证明地基实验对于GNSS-R土壤湿度的定量反演研究具有重要作用,其也为利用GNSS-R技术构建大范围的土壤湿度监测网提供了可能性.     

广东石人樟钨矿矿山采矿塌陷区提取及成果应用

地裂缝、塌陷坑是塌陷区的两个重要要素,根据两期Spot6遥感影像判读解译,对地下开采矿山塌陷区进行遥感监测,圈定两期影像矿山采矿造成的采矿塌陷坑、地裂缝,运用两期遥感影像建立三维视图,直观展示塌陷坑、地裂缝,通过对比两期影像圈定的图斑,计算出塌陷坑面积、地裂缝长度及其变化,综合分析塌陷发展趋势,圈定该矿山塌陷区范围,及时为有关部门对矿山环境进行整治提供依据和技术支撑,同时也为该矿区生态环境的综合治理提供基础数据和科学依据。     

V型河谷地应力研究

介绍了河谷地应力研究现状 ,利用弹性理论和变分原理 ,研究了V型河谷岩体地应力问题 ,得到了河谷岩体中由于自重应力和构造应力引起的复杂应力场。应用本文结果 ,不仅可以方便绘制各种应力图件 ,而且可以较为精确地得到河谷区域任意指定点的应力值 ,从而为区域稳定性和岩体稳定性评价 ,为水电工程、地下硐室设计以及边坡工程等提供必要的岩体力学资料。本文方法数值实现简单 ,编程容易 ,计算快 ,精度高 ,可应用推广.     

二维地电影像——一种高分辨率岩性预测技术

在吸收传统的电阻率法勘探技术精华和方法理论的基础上,应用二维的观点和数字模拟重构技术,论述了二维地电影像系统的理论、方法、技术,并通过实测案例展示了该技术在研究工程与环境地质调查问题中的优势及可性行。     

中尺度模拟土壤油污染区探地雷达探测效果分析

为使物理模拟实验效果与实际探测情形更为接近,在室外自然条件下建立中尺度土壤石油污染实验模型,油污染区扩展深度超过1 m,采用实地探测中常用的500 MHz雷达天线进行长期定时探测.通过实测雷达图像特征、土壤含水量含油量分析,并对比前人开展的小尺度室内模拟试验结果,综合评价探地雷达对油污染区的探测效果.研究表明探地雷达探测图像异常特征与污染区扩散阶段密切相关:包气带内油污染区会引起振幅增强;毛细带的油污染区则表现为水位面反射轴附近清晰可辨的高幅异常区,且水位面反射轴呈下凹状;随扩散过程持续进行,异常区下移与水位面反射轴相交,并产生水平扩张.当污染土含油饱和度大于20%时,可通过雷达图像异常区圈定污染范围;当污染土含油饱和度大于15%时,可通过频谱图出现低频响应的位置圈定污染区水平范围.中尺度实验结果与室内小尺度模拟结果具有一致性,可作为油污染区雷达图像异常的解译依据.