基于探地雷达的工作面异常体精准探测技术

在井下采煤工作面回采进程中,及时掌握工作面煤层前方的异常情况,是煤矿安全、高效生产的保障。探地雷达是一种高效、无损伤探测方法,被广泛应用在矿井。针对探地雷达探测异常体响应的图像解译精度与成像精度取得了显著的成果,而如何用探地雷达去圈定地质异常体位置与空间分布范围是研究的热点问题。提出一种多剖面与线性插值融合的采煤工作面内部异常体精准探测新方法。主要研究思路：首先,通过时域有限差分算法（finite-difference time-domain, 简称 FDTD）对构建煤层空洞、断层的三维模型进行正演模拟,通过克希霍夫偏移处理大致圈定异常体的响应范围;其次,获取存在异常体响应的单道波数据的多剖面图,通过线性插值确定异常体的精确位置坐标与具体尺寸,引入面积评价标准来验证探测结果的相似度;最后使用 LTD-2600 型的探地雷达与 900 MHz的屏蔽天线对构建的空洞物理模型进行现场试验,将获得空洞计算剖面与实际空洞尺寸进行对比验证;并在斜沟煤矿 18201工作面开展应用,验证方法的有效性。实践证明,应用此方法对雷达剖面图进行分析,分析结果表明实测空间位置与实际空间位置的误差均在10%以下,可相对准确圈定工作面异常体的具体尺寸与空间分布范围。     

探地雷达低频天线在工程勘探中的应用

总结了探地雷达探测的技术工作方法,讨论了强干扰背景下的数据处理过程,列举了探地雷达低频天线在岩性界面划分、软弱地质体圈定、活动断层探测、地裂缝探测、抛石界线划分等方面的应用实例。实践表明,要获得高分辨率的探地雷达探测剖面,资料收集、现场踏勘、干扰因素分析、数据采集过程和数据处理流程的比选实验是非常重要的。希望通过本文的介绍和讨论,对使用探地雷达低频天线开展深层探测起到帮助和借鉴,更大地发挥探地雷达低频天线的探测能力与作用。     

探地雷达在探测玉树走滑断裂带活动性中的初步应用

探地雷达具有快速、检测范围广、探测深度深、分辨率高及对地表环境无破坏等特点,在活动断层探测应用中具有很大的优势。在简要介绍玉树走滑断裂带活动性的基础上,选择高分辨率的探地雷达对隆宝、昔日达和盘琼沟处断裂带附近的活动断层进行探测。采用时间域有限差分法建立活动断层的数值模型对其雷达波响应特征进行模拟,分析断层在探地雷达剖面上的反射波特征。根据断层的反射波特征解译探地雷达图像,判断断层的位置、走向及空间展布。结合探槽开挖对比,探地雷达图像的解译结果与探槽开挖后的断裂带剖面展示的断层活动性质基本一致。根据隆宝、昔日达和盘琼沟处的探地雷达图像与探槽剖面上断层反射波特征的对比研究,解译了玉树地震震中位置探地雷达剖面上的断层展布。研究表明,探地雷达是一种快速探测活动断层的有效方法,尤其是在地表破裂不明显的区域,不仅可以准确地判断断层的位置、走向及空间展布,还可以将断裂带附近地下岩层的层位信息及探槽断面之外的地表下图像清晰地呈现出来,为以后运用探地雷达探测活动断层提供参考。     

基于地震属性体的三维探地雷达快速解译技术

利用三维地震数据属性提取与分析的方法,对三维探地雷达数据进行属性分析、快速解译。研究表明,空洞、脱空、疏松体、富水体等城市病害体在三维探地雷达数据体的水平切片及垂直剖面上均存在明显的差异。以厦门市环岛路地下管线探测为例,进行三维探地雷达数据属性分析,通过对比,发现管线在振幅体、方差体、构造体等属性切片上都存在明显异常,其中方差体切片对管线的反映更为清晰,表明在以管线为目标的探测中三维探地雷达三维数据体的方差属性更为敏感。     

探地雷达在城市地铁沿线空洞探测中的技术方法

地下空洞探测是地铁施工中的重要检测内容之一,探地雷达具有在城市道路上快速检测的特点而被广泛应用。以北京某地铁沿线的空洞探测为例,着重讨论地下空洞的赋存空间、探地雷达探测空洞的技术方法和常见异常的特征等问题,分析了城市环境中探地雷达剖面上的常见异常,为开展该项工作提供一定的借鉴。     

探地雷达探测地下管线技术与应用实例

根据探地雷达的探测原理及技术参数影响因素，提出了工作频率的选择方法。以广州和商丘两地的两个探测实例，介绍了如何根据管径、埋深确定天线频率、天线距、采样点距、时窗等探地雷达技术参数；并选择已知埋深的管线，对波速进行实地测定，以便在探地雷达剖面上对目标体的埋深作出精确解释。     

基于GPRMax2D的地下管线精细化探测方法

探地雷达是探测地下结构及其分布规律的一种重要的浅层地球物理探测方法,具有分辨率高、无损、抗干扰能力强、结果直观等优点,在工程物探领域被广泛应用。为提高对地下管线雷达图像特征的认识,确定管线异常体的位置,提高地质雷达的解释精度,利用时域有限差分法(FDTD)对地下管线进行精细化探测,包括对管线埋深、材质、管线内充填物、管线病害等影响因素的数值模拟,以此建立地下管线正演模拟合成图库,进而指导探地雷达实际探测图像的解释工作。现场管线探测结果表明:探地雷达可准确探测出地下管线的埋设位置及运行状态,为今后的维修养护提供了依据。     

复杂条件下的地下管线探测模拟

近间距、非金属地下管线的探测是当今管线探测的两大难题,再加上复杂的层状介质及干扰因素的影响,使得管线探测的难度增加,雷达剖面上目标体异常的判断比较困难。为了定位目标管线,提高解释的精度,针对两大探测难题及干扰因素,运用探地雷达模拟软件Gpr Max,结合Matlab语言建立复杂层状条件下的管线模型进行模拟研究。模拟结果表明:250 MHz天线频率下埋深1 m的管线横向分辨率为50 cm,金属管线和非金属管线的雷达反射波图像不同,可根据非金属管线的雷达剖面图像判断出管线充填物质和管径大小。模拟结果对实际复杂地下管线探测可起到指导作用。     

金属矿钻孔雷达探测的数值模拟

为了研究钻孔雷达对金属矿的响应特征,利用时域有限差分法（FDTD）对钻孔雷达探测进行了数值模拟。通过对不同形态的金属矿体,包括等球状体、板状体和一个实际矿体的模拟,得到大量模拟结果。球状目标体在剖面上表现为双曲线形态,通过偏移处理可以精确确定目标体的位置。板状矿体被钻孔穿过时,直达波位置发生错动并变弱,反射同相轴向上下延伸;板状矿体未被钻孔穿过时,反射同相轴呈线状。对于实际矿体,不同的钻孔表现出不同的特征,结合左、中、右3个钻孔的探测结果可以判断出目标体的形态,并且可以判断出此目标矿体具有低阻、高介电常数的特性。     

探地雷达在甲基卡稀有金属矿田找矿的应用

在四川甲基卡矿田新发现了超大型X03号锂矿化伟晶岩脉,在勘探过程中,首次使用探地雷达探测甲基卡矿田浅层地质结构。通过分析对比探地雷达模拟实验数据、实测探地雷达剖面、钻孔数据和便携式取样钻数据,发现探地雷达图像能有效反映矿田第四系浮土覆盖区浅层地质结构。本次研究还鉴别了酸性岩脉体或转石与第四系浮土、片岩等围岩之间界面的探地雷达信号特征,并利用探地雷达对X03号矿脉等隐伏脉体进行了揭盖,获得了矿脉浅部结构构造信息。通过本次研究,发现并证明探地雷达勘探稀有金属矿脉是有效的,能够代替槽探,实现绿色勘探和快速找矿评价。     

Determination of fabric and strain ellipsoids from measured sectional ellipses—implementation and applications

Geologists examine fabrics to constrain models of formation or of deformation of rocks, and it is often convenient to summarise the results by a fabric ellipsoid. As fabric data are commonly collected on planar sections through the rock, estimating a fabric ellipsoid from sectional ellipses, often with arbitrary orientations, is an important task. An algebraic method to calculate such an ellipsoid, presented in an earlier paper, has been implemented with the program ellipsoid. It is used here on examples that illustrate questions and issues that arise when collecting, selecting and processing sectional fabric data, and when assessing the results. The quality of fit of the ellipsoid to the data is assessed in all cases. Examples include a case in which the average sizes of markers on individual sections can be used in the determination of the ellipsoid, and other cases in which such sizes are not useful; a case in which sectional ellipses are not obtained from closed markers; and a case in which data scatter and insufficient coverage of section orientations lead to a hyperboloid instead of an ellipsoid.     

钢板桩挡墙主动土压力分布的形状效应

采用有限元数值试验,研究帽型钢板桩的截面形状对墙后主动土压力分布规律的影响。首先,对室内缩尺模型试验进行数值模拟,对比实测数据验证数值模型的有效性;然后,建立钢板桩挡墙数值模型,模拟该挡墙在不同位移模式下土压力变化和分布的规律,与平板挡墙计算结果进行对比,分析钢板桩截面形状对土压力分布的影响,进一步探讨形状效应的可能影响因素及机制。分析结果表明,钢板桩的截面形状影响墙后主动土压力的分布形式,影响程度与位移模式有关;墙体平动和绕墙底转动情况下,钢板桩挡墙凸出部分的主动土压力值大于凹处,但墙体绕墙顶转动情况下差异不明显;主动土压力的形状效应由土拱效应引起,截面高宽比对其影响显著,墙土摩擦角影响有限。     

土体动非线性黏弹性模型及其ABAQUS软件的实现

基于土的动应力-应变关系--Davidenkov骨架曲线,采用破坏剪应变幅上限值作为分界点,对Davidenkov骨架曲线进行了修正,即当剪应力值大于破坏剪应力值时,土体产生破坏,土体的动剪切模量采用破坏后的动剪切模量;参考Mashing法则,构造了修正后的Davidenkov骨架曲线土体加卸载对应的应力-应变滞回圈曲线。基于ABAQUS软件的操作平台,开发了土体动弹塑性本构模型的子程序。选择南京某个典型软弱场地为研究对象,首先输入余弦加速度时程曲线,然后选取一条强震加速度记录作为基岩输入地震动,对不同峰值加速度水平下该场地的地震反应进行了二维有限元非线性分析,计算结果验证了所建模型的准确性和可用性。     

求解潜水含水层剖面二维稳定流问题探讨

本文在对现有求解潜水含水层剖面二维流的多种方法及其特点进行分析的基础上,探讨新的求解方法.提出的方法只需进行一次网格剖分,在网格节点编号保持不变的情况下,把潜水面与单元相交的形状概化为五边形、任意四边形和三角形,按五边形、任意四边形和三角形子程序准确地求出潜水面穿越的单元的渗透矩阵.同时不用计算完全在潜水面之上的单元的渗透矩阵.本文给出具体的思路、算法步骤,计算潜水面的位置,通过比较数值解与解析解,两者虽然存在一定的误差,但是该方法总体结果是比较令人满意的.     

任意角度水平向荷载下现浇X形桩力学特性研究（I）：惯性矩

现浇X形桩是为了提高单位混凝土承载力性能而开发的一种新型桩,异形横截面在确保桩周周长的前提下,能有效地减少混凝土用量;但目前针对异形横截面对水平向承载力特性影响方面的研究相对较少。基于X形横截面的3个控制参数：外包圆直径、开弧间距和开弧弧度,建立任意方向轴惯性矩控制方程,并分析X形横截面3个控制参数对截面轴惯性矩的影响规律。最后,提出控制截面面积或周长情况下X形截面惯性矩的最优化设计方案。研究结果表明,X形截面惯性矩随着开弧角度、开弧间距的减小而增大,随着外包圆直径的增大而增大。因此,在等混凝土材料用量或者控制桩周长情况下,适当增大外包圆直径、减小开弧角度和开弧间距有利于提高X形截面轴惯性矩,从而提高X形桩整体水平向承载力。     

浅谈2．5D磁法反演估算铁矿资源量的多解性

2．5D磁法反演估算铁矿资源量,关键是在垂直磁异常走向上求拟合模型的截面积。该文利用一种常见模型拟合4种实测磁场,发现铁矿截面积与埋深和磁性大小有一定的规律：磁化强度一定时,截面积与埋深呈线性正相关;埋深一定时,截面积与磁化强度呈近似指数形式的反相关。固定深部或外围磁性体参数,单独考虑浅部或中问铁矿模型时也有这种规律。在无钻孔资料及磁性资料不清楚时,磁化强度100000×10^-3～150000×10^-3A／m为估算铁矿资源量的最佳磁参数。因磁法反演的多解性,此类方法适用于钻孔验证前的资源量估计。     

浅析Excel结合CASS7．0软件在管线测量中的应用

针对目前长距离天然气管道中线断面测量,外业采集的中线断面点位多、数据量大,按CASS7．0软件生成中线断面提取中线数据格式时处理效率低,特别对于两中线数据相隔很近时容易漏提取、重复提取的特点．讨论Excel结合CASS7．0软件快速生成中线断面数据文件的方法,为处理相类似的断面数据提供参考。     

勘探线剖面三维坐标与剖面图二维坐标转换计算方法

探讨了地质勘探线剖面三维坐标与剖面图二维坐标相互转换方法及其实现过程,建立了数学模型,并通过计算实例进行了验证。主要作法是,根据剖面图的特性选择勘探线剖面地表迹线与勘探基线所在垂直面的交点为转换计算基准点(B),以勘探线剖面内过基准点(B)的水平直线(L)为旋转轴,将勘探线剖面旋转至水平位置;再以基准点(B)为旋转点,将勘探线剖面在水平面内旋转至水平直线(L)成东西向,建立剖面内空间要素旋转前后的关系式,实现三维坐标向二维坐标转换。按相反的操作过程,已知转换后剖面图上点的二维坐标,可以计算出剖面上对应点的三维空间坐标,实现二维坐标向三维坐标转换。     

黄河下游非恒定输沙数学模型——Ⅱ模型验证

利用所构建的非恒定输沙数学模型,对黄河下游铁谢至孙口河段内的1977年高含沙洪水、1982年大水少沙型洪水以及1996年典型洪水进行了数值模拟.模拟结果证明了数学模型的可靠性,表明该模型不仅能模拟黄河下游河道一般洪水和高含沙洪水的水沙传播、水位变化及河床变形等,而且对模拟现行严重萎缩河道内的洪水演进及河床冲淤特性也有较好的适应性.     

Study on longitudinal vibration of a pile with variable sectional acoustic impedance by integral transformation

Acta Geotechnica - A study on longitudinal vibration of a pile with variable sectional acoustic impedance subjected to arbitrary form of external excitation is conducted. The analytical solution of...