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隧道全空间瞬变电磁法正演数值模拟及应用研究
| 论文题名： | 隧道全空间瞬变电磁法正演数值模拟及应用研究 |
| 关键词： | 瞬变电磁法;地质预报;三维正演;不良地质体;数值模拟;隧道工程 |
| 摘要： | 瞬变电磁法（TEM）是一种时间域的电磁地球物理探测方法，在半空间条件下的地质调查、矿产勘探、地下水找寻等方面的应用及理论研究相当成熟，全空间下的隧道瞬变电磁法理论研究却相对滞后。近年来伴随我国基础设施建设的大力发展，隧道作为一种穿越工程，建设需求也日益增大，同时影响隧道工程施工和威胁工程施工安全因素之一的地质灾害也时常发生。瞬变电磁法具有对低阻体敏感的特性，能够有效辨识富水断层、裂隙破碎带、岩溶发育段等含水不良地质体，因此对于全空间条件下的隧道瞬变电磁法超前地质预报的理论和工程应用研究显得非常重要。 本文以米仓山特长隧道超前地质预报项目为工程依托，以理论研究为基础、数值模拟和工程应用相结合的方法，分析了隧道瞬变电磁法的电磁响应一般规律，并与其它超前地质预报成果对比，验证了瞬变电磁法超前地质预报的可行性和正确性，提出了不良地质体相应的工程处治措施，本文主要的研究成果如下： (1)使用ANSYS有限元软件对隧道全空间瞬变电磁法进行正演数值模拟，建立隧道三维模型，分别对无不良地质体的纯隧道空间和有含水不良地质体的情况进行数值模拟计算，对比验证了全空间条件下数值模拟涡流、电磁感应强度的“水波效应”，瞬变电磁法表现出对低阻敏感的特性，为瞬变电磁法能够应用于工程探测领域提供了理论基础和数据解译依据。通过改变掌子面前方不良地质体模型的方位、规模、厚度、含水量等参数，得到各参数条件下的瞬变电磁响应一般规律；分析研究了影响瞬变电磁法异常响应的隧道空间金属体和岩溶低阻体，得到影响因素干扰下的电磁响应一般规律。 (2)使用瞬变电磁仪在米仓山特长隧道进行超前地质预报工作，对初勘地质调查可能存在含水不良地质体的区段进行综合超前预报。工程应用成果表明瞬变电磁法对于含水断层、裂隙破碎带及岩溶段具有明显的探测效果，同时也验证了隧道空间存在金属体时有效规避距离应大于30m和掌子面后方围岩空间存在岩溶体时对探测结果影响有限的结论；瞬变电磁法在含水体的探测方面也表现出比 TSP法具有更高的探测精度，比地质雷达法具有更高的准确度的优点。 (3)针对瞬变电磁法能够有效辨识的富水断层、裂隙破碎带和岩溶发育段提出相应的工程处治措施，对存在富水断层、裂隙破碎带等围岩较差的里程段使用超前管棚、超前小导管、超前锚杆等支护方式；对岩溶富水段提出全断面深孔预注浆的“以堵为主，堵排结合，因地制宜，综合治理”的工程治理措施。极大地提高了隧道施工效率和保障施工安全。 |
| 作者： | 赵雪平 |
| 专业： | 安全科学与工程 |
| 导师： | 张东明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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