对隧道反射地震学的再认识

隧道反射地震法是利用放置在隧道边墙或者掌子面内的震源和接收器,来预测隧道前方的岩石特性。勘测人员应小心谨慎确保多分量的接收器与岩石牢固耦合,尽可能地避免记录到不需要的隧道波或空气波,同时,每一个震源点应尽可能产生几千赫兹的宽頻信号。这种方法有它的主要的约束条件。沿隧道轴线的空间分辨率受到信号频率和衰减影响的限制,而横向分辨率则主要受到小角度反射覆盖范围的制约。通过采用有限差分方法模拟弹性波的传播,计算人工合成的隧道地震反射记录。通过研究这些数据,得出如下一些处理隧道反射地震数据的规则:根据不同的质点运动轨迹和传播速度把压缩波和剪切波与隧道波、空气波和背景噪音分离开来。估计衰减模型、补偿振幅损失和反Q滤波都是必要的。通过振幅和保留相位的倾角滤波可以将反射的纵波和横波提取出来。空间可变的速度模型来源于对P、S波预先成像。建议用一个相容原理来导出速度模型,这就要求寻找一个合适的成像速度场,该速度场不受震源和接收器位置的约束而有相同的成像位置。空间叠前偏移是基于精确的通过不均匀速度模型的等时线和波的入射角。     

隧道地震成像理论与应用案例

在隧道施工中采用地震方法对隧道地质情况进行探测,应该以最大的空间分辨率成像为目标.然而,由于信号频率对空间分辨率以及小角度照明度覆盖范围造成衰减的影响,地震方法在隧道中的应用仍然存在一些重要的局限性.首先采用了有限差分方法模拟弹性波的传播来合成隧道地震反射数据,合成数据采用最优化最实用的隧道数据处理流程对P、S波进行处理,特别是采用了衰减模型补偿振幅的衰减以及扩散,通过反Q滤波和使用空间变速模型能够获得反射地质单元在空间中的正确成像位置.最后结合奥地利Koralm隧道工程采用隧道地震预报方法的案例分析,充分说明该预报方法在隧道中应用的可行性.     

侧爆作用下锚固洞室破坏形式及机理研究

为了进一步提高锚固洞室在侧爆作用下的抗爆能力,利用数值分析软件LS-DYNA3D程序,研究了在侧爆作用下的锚固洞室的破坏形式及机理.数值分析结果表明:压应力波一开始是以球形向四周传播的,当压应力波碰到洞室壁时,会在洞室壁表面产生拉应力波,并以椭圆形式向反向传播;在应力波整个传播过程中,由于反射拉伸可能会在洞室锚固区和非锚固区先后产生二次拉伸破坏,最后可能会由于洞室反射的拉伸波和地面反射拉伸波相遇共同作用,在离地面比较浅的地方产生拉伸破坏区.     

水平层状岩体隧道爆破施工对临近隧道影响的DLSM模拟分析

在水平层状岩体中进行爆破施工,临近隧道不可避免地受到爆破振动的影响.文中通过一种新的计算模型DLSM(Distinct Lattice Spring Model),以吉怀高速大林隧道为研究背景,进行数值模拟,分析层状岩体中临近隧道的爆破振动响应.DLSM真实地再现了应力波传递、反射、折射、叠加和耗散过程;重点监测了隧道的拱顶、腰墙、墙角和底部的动力响应特征.研究发现,临近隧道靠近爆破源一侧的腰墙受到的应力波冲击最大,但是控制好爆破装药量,即可满足规范的要求.     

局部变截面铁路隧道的空气动力学效应（英文）

本文采用三维、可压、非定常方法和RNG k-ε湍流模型对截面部分减小的新型铁路隧道的空气动力学性能进行了数值研究,分析了截面减小率对马赫波传播的影响。结果表明：截面减小率对隧道中部的压力配置影响最大,其次是入口扩大段,最后是出口扩大段。截面变化处所产生的新的压缩波强度随着主隧道截面积的减小呈指数增加。变截面隧道洞壁和列车表面的最大压力峰峰值比等效均匀隧道分别降低10.7%和13.8%。经济分析表明,变截面原型隧道的空气动力学性能优于基于相同开挖体积的传统隧道。     

陆地声纳法在隧道不良地质超前预报中的应用

在隧道施工过程中经常遇到断层、溶洞、突水及突泥等无法预料的地质灾害,给施工带来重大灾难和无法估计的经济损失.为了保证隧道施工安全,对掌子面前面地质情况进行准确及时的超前预报具有重大的工程价值.陆地声纳法作为地震反射法的一个变种,是一种易掌握、仪器轻便的隧道掌子面前方地质预报方法.该方法与其它常归物探方法相比,可避开许多干扰波,可单道连续采集,并且有分辨率高,偏移距小,反射能量高等特点.在详细调查某引水隧道沿线工程地质情况的基础上,结合陆地声纳的探测结果,对掌子面前方的断层、溶洞和可能较大的涌水点的位置进行了预测.结果表明该方法对断层、破碎带、溶洞的探查精度较高,对水的探查可作为辅助手段.     

多孔材料对隧道气动效应影响的数值模拟

为了开发能降低隧道出口微压波的吸音材料,对多孔材料隧道壁面降低压缩波和出口微压波的效果进行了详细的数值模拟;采用三维可压缩非定常流动模型,通过有限体积法对三维Navier-stokes方程进行离散;对隧道壁面采用近壁面函数来处理,时间采用预处理二阶精度步后差分格式进行离散．另外,采用隧道内压缩波传播的一维模型对波前变形的基本方程进行简略推导,研究多孔材料隧道壁面吸声的机理,以便将来开发更好的多孔材料．     

多孔材料对隧道气动效应影响的数值模拟

为了开发能降低隧道出口微压波的吸音材料,对多孔材料隧道壁面降低压缩波和出口微压波的效果进行了详细的数值模拟;采用三维可压缩非定常流动模型,通过有限体积法对三维Navier-stokes方程进行离散;对隧道壁面采用近壁面函数来处理,时间采用预处理二阶精度步后差分格式进行离散.另外,采用隧道内压缩波传播的一维模型对波前变形的基本方程进行简略推导,研究多孔材料隧道壁面吸声的机理,以便将来开发更好的多孔材料.     

关于驻波的两个问题

本文以弦线振动为例，推导出弦线中的横波方程，接着讨论波在弦线边界的反射问题，指出波在两种介质的边界发生反射时，反射波的振幅与相位变化不是简单地认为决定于两种介质的密度差，而是由两种介质的波阻决定。     

爆轰波进入不可燃突扩管道行为研究

对爆轰波进入不可燃突扩管道后的传播规律及压力分布进行实验研究、数值模拟和理论分析.实验结果显示,爆轰波进入突扩管道一定距离后管道内压力会突升,随后压力曲线趋于平缓,在靠近封闭端面附近的压力又再次升高.采用自适应有限体积程序结合基元化学反应模型对流场进行了数值模拟.结果表明,爆轰波进入不可燃突扩管道后,化学反应停止,爆轰波衰减为激波.由于管道横截面的突然增大,激波在扩张段入口处发生绕射,平面波阵面逐渐演变为球面波阵面.该球面波阵面在向前传播的过程中与空腔上壁面先后发生规则反射和马赫反射.在发生马赫反射的位置,激波波后压力急剧升高.随马赫杆渐增,球面波阵面逐渐被抹平,最终再次形成平面激波.该平面激波到达封闭端面后又将发生反射,造成靠近封闭端面处的压力上升.     

关于驻波的两个问题

本文以弦线振动为例，推导出弦线中的横波方程，接着讨论波在弦线边界的反射问题。指出波在两种介质的边界发生反射时，反射波的振幅与相位变化不是简单地认为决定于两种介质的密度差，而是由两种介质的波阻决定。     

隧道工况下高速列车动态气密性数值分析方法

高速列车通过隧道或者在隧道交会时,产生复杂的压缩波和膨胀波,由于车体不能完全密封,导致车内压力发生跟随性变化,引起乘客舒适度降低的问题。通过建立高速列车车体内外流场的数值分析模型,在计算车体外表面压力波的基础上,以等效泄漏孔作为车体内外压力传递的接口研究车内压力的变化规律,提出了高速列车动态气密性指数计算方法。首先,对比等效泄漏孔建模中长细比及位置对车内压力的影响,确定了包含等效泄漏孔的车体内外流场准确的数值模型;然后,建立了高速列车-隧道CFD(computational fluid dynamics)模型,计算了高速列车隧道交会流场,获得了列车在隧道交会工况下车体外表面压力波;最后,将车体外表面压力波作为车体内外流场模型的激励,计算了车内压力变化,拟合数据后分析了车内压力变化率和动态气密指数,并与已有文献的实测数据进行了对比验证。结果表明：等效泄漏孔的建模应采用长细比大于1∶4的计算结果更合理;单节车气密性数值模型中泄漏孔的位置对车内压力影响不大;列车隧道会车工况下车体外流场大多处于负压状态,只有头车测点出现正压。所提的车体动态气密性分析模型能较好地模拟车内压力波动,在7.05 c...     

各向异性岩体超声波测试试验研究

以厦门海底隧道为工程背景,开展一系列声波测试工作,研究了岩样内部裂隙及岩样致密性对声波参数的影响。研究表明:岩样内部的裂隙会对横波产生阻波效应,使横波波速在阻波效应发生的方向上波速明显降低,而对纵波波速则影响不大;松散的内部结构引起的几何弥散效应、反射等现象,不仅使横波和纵波的波速明显减小,而且会降低纵波的主频和振幅。     

TSP超前地质预报系统及其在隧道施工中的应用

为对隧道施工进行超前地质预报,在薛城隧道K30+708～K30+673段内右壁布设了24个激发孔,K30+728段左右壁各布设了1个接收孔,对出口段K30+652～K30+540段进行了测试,并利用TSP对测试数据进行处理、分析。根据围岩的实际开挖情况,由测定的纵波波速和岩体声波波速数据以及地震波的反射界面图,结合TSP的预报结果进行综合分析。结果表明,TSP技术在薛城隧道安全施工中的应用总体是可靠的。     

TSP超前地质预报系统及其在隧道施工中的应用

为对隧道施工进行超前地质预报,在薛城隧道K30＋708-K30＋673段内右壁布设了24个激发孔,K30＋728段左右壁各布设了1个接收孔,对出口段K30＋652～K30＋540段进行了测试,并利用TSP对测试数据进行处理、分析。根据围岩的实际开挖情况,由测定的纵波波速和岩体声波波速数据以及地震波的反射界面图,结合TSP的预报结果进行综合分析。结果表明,TSP技术在薛城隧道安全施工中的应用总体是可靠的。     

瑞雷面波勘探的过去、现在和未来

回顾了瑞雷面波勘探发展的历史,剖析了面波频散曲线正反演的进展及存在的问题,重点指出在石油 和煤炭反射地震中,应从剔除面波转变为利用面波,并借助现有石油“大炮”反射地震资料中“有害的”瑞雷面波 提取浅层地质结构信息,为反射地震静校正、近地表工程地质评价等提供物性参数,把反射地震的面波干扰变为 对勘探十分有利的参数提取源,实现以强干扰面波为主要数据源的浅层结构探测,以促进瑞雷面波勘探技术的 进一步发展。     

隧道爆破开挖产生地表震动效应的数值模拟

为了研究隧道在爆破开挖过程中产生的爆炸冲击波对地表的影响,依托辽宁省丹东市郊附近的爱民山隧道,利用ANSYS有限元软件建立三维模型,经过动力计算得到地表一些特殊点的震速波形图,采用数值模拟方法分析了隧道爆破开挖产生的地表震动效应.结果表明：隧道上方地表的最大震速为32.3 mm/s,小于规定数值,所以地面建筑物是安全的;由于纵波在固体介质中的传播速度快于横波的传播速度,X方向的震速峰值较Y方向出现滞后性,滞后约100 ms;由于空洞效应的存在,导致处于隧道已开挖区的地表震动速度大于未开挖区的地表震动速度,在距离爆源15～30 m处空洞放大效应最为明显.     

TSP隧道超前地质预报技术在宽大断层内部的应用

当前借助隧道超前地质预报技术对小规模断层的探测及对断层破碎带范围界限的判定在业界已取得了一定的成果,但实际隧道工程中往往也面临着地质条件复杂多变的宽大断层,而在宽大断层内部准确开展超前地质预报探测是当前亟需进一步应用研究的工作.本次研究采用TSP法(一种弹性波反射法)对宽大隧道断层内部的地质情况进行探测,通过资料处理、...     

考虑剪切效应的盾构隧道在轴向传播横波作用下的动力响应研究

盾构隧道具有显著的结构离散性.考虑到管片之间的实际联结,尤其是考虑到隧道横向联结来研究隧道结构的地震反应还是一个需要深入研究的问题.研究盾构隧道在沿轴向传播地震横波作用下的动力响应,通过建立梁-弹簧模型来模拟土与结构相互作用,考虑了盾构管片间的剪切作用和盾构隧道纵向刚度的不均匀性,建立了盾构隧道的一种离散化分析模型;推导了盾构隧道在简谐波作用下的多自由度运动方程.应用中心差分法求解所得运动方程,得到了管片位移的递推公式,并用计算软件MATLAB进行了计算,得到了管片在地震作用下动力响应的时间和空间特性,得到了盾构管片之间抗剪刚度对于盾构隧道横向动力响应的影响规律.     

超声波平测法在隧道二衬裂缝检测中的应用

随着山区高速公路的不断发展,隧道应用也越来越广泛,且随着运营时间的增长,隧道病害越来越多,其中影响较大的是二衬开裂,一方面影响隧道的结构稳定,另一方面引起隧道渗水。因此对隧道裂缝的检测及加固显得越来越重要。超声波作为裂缝无损检测方法具有穿透能力强,检测成本低等优点,在混凝土桥梁、隧道等大体积混凝土质量检测中得到了广泛的应用。利用超声脉冲波在混凝土中传播的时间,接收波的振幅、频率和波形等声学参数的相对变化,可判断混凝土内部的充填状态、裂缝深度等。隧道衬砌只具有一个面,检测时只能采用平测法,平测时应在裂缝的被测部位,以不同的测距,按跨缝和不跨裂缝布置测点进行检测,通过对比分析判定裂缝的充填状态及其发育深度。将超声波法与裂缝宽度检测仪综合使用,同时探测裂缝的宽度及发育深度,并将检测结果采用Matlab软件进行三维显示,使结果更为简洁、直观,为后期的加固设计、施工提供了坚实的基础。