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基于非结构化网格的隧道直流电阻率超前探测方法与工程应用
| 论文题名： | 基于非结构化网格的隧道直流电阻率超前探测方法与工程应用 |
| 关键词： | 隧道工程;含水构造;地质超前预报;直流电阻率法;非结构化网格 |
| 摘要： | 隧道与地下工程是国民经济发展的基础保障与先决条件，在国家经济一体化发展的推动下，我国隧道及地下工程事业迎来了崭新的发展，同时也将面临前所未有的难题和挑战。隧道和地下工程建设面临着更加复杂的地质条件，突水突泥致灾构造己成为隧道工程关键线路的卡脖子问题。准确探明含水构造是我国隧洞安全建造的迫切需求。隧道直流电阻率法是一种有效的超前预报探水方法，已逐渐成为隧道超前预报中的常见探测手段。然而，由于隧道断面(马蹄形断面、TBM圆形断面)和开挖方式(台阶法、CD工法等)的复杂多变，传统的隧道直流电阻率建模方法针对复杂隧道结构断面拟合度低，正演模拟误差较大。含水构造的分布位置和几何形状的不确定，很难一次性建立高质量的反演网格。由于位场的体积效应以及反演的多解性，隧道直流电阻率法含水构造的成像和识别有待于进一步提高。针对以上难题，本文开展的主要研究工作如下: (1)针对传统六面体网格难以模拟圆形、马蹄形等复杂工况正演计算的问题，提出了基于非结构化网格的建模方法，实现了圆形、马蹄形等复杂结构断面较精准建模，降低了正演模型的离散化误差。在此基础上，形成了基于非结构网格的隧道直流电阻率正演方法，解决了传统六面体网格难以模拟圆形、马蹄形等复杂工况正演计算问题。 (2)针对不同单元类型非结构化网格反演中敏感度和模型参数项组合计算的难题，建立了敏感度矩阵的分区域计算方法，考虑到非结构网格单元编号索引无规律的问题，构建了一种同时考虑单元体积和距离元素的模型参数项，提出了基于非结构网格的分区域加权的最小二乘反演方法。实现了隧道前方含水构造较准确成像与定位。 (3)针对固定反演网格模式下反演结果对反演网格的依赖性大、位场具有体积效应的难题，提出了双导向指示组合自适应加密网格优化方法。实现了基于导向指示可变网格的隧道直流电阻率自适应反演方法，随反演迭代进行，逐步优化反演网格质量，降低了反演对模型正则化约束的依赖性，提高了隧道前方含水构造的成像与定位精度。 (4)基于非结构网格的隧道直流电阻率正演方法与自适应反演方法，形成了基于非结构化网格的隧道直流电阻率超前探测方法，研究成果成功应用于滇中引水、山西中部引黄等工程现场，验证了基于非结构化网格的隧道直流电阻率超前探测方法具备良好的工程应用前景。 |
| 作者： | 邓朝阳 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 聂利超 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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