点状不良地质体钻孔雷达响应特征 ——围岩及充填效应正演分析

钻孔地质雷达探测是一种有效获取高分辨率深部岩体信息的井中地球物理方法。针对钻孔地质雷达探测工作中常见的空洞、岩溶和地下埋藏物等点状不良地质体,利用时域有限差分数值模拟方法,对岩土体内点状不良地质体围岩介质和充填状况进行了雷达响应正演研究,分析了这些点状不良地质体围岩介质和充填状况对钻孔地质雷达反射信号的影响。研究结果表明,围岩与空洞内充填物的相对介电常数相对值,决定着雷达反射剖面信号的强弱对比,介电常数相对值较大时,更易确定目标地质体的前、后部界面位置,而低阻围岩的雷达波信号大部分被围岩介质吸收,通过单孔反射方法几乎不可能探测到空洞的存在。通过反射信号强度和正负相反射特性及其强弱变化,可以定性地判断空洞内填充物质的性质。     

基于钻孔形态分析的地应力测量方法研究

地应力作用下的钻孔孔壁会发生一定程度的变形,导致钻孔横截面形状会发生变化,变形后的钻孔几何形态也反映了钻孔受力状态。在经典岩石力学理论的基础上,研究钻孔在平面二维应力作用下的几何形态,建立应力与变形后圆孔几何参数的关系,实现基于钻孔椭圆参数的应力解算,并提出钻孔椭圆参数的测量方法和测量技术,形成一种新的基于钻孔形态分析的地应力测量方法。结果表明,（1）在平面二维应力作用下圆孔变形后的几何形态为椭圆,推导了椭圆参数与应力的关系表达式;（2）利用3个不同方向的孔径值可以实现椭圆参数的解算,研发触头式显微光学孔径测量技术,实现了钻孔形态的测量,从原理上分析了技术实现的可行性,并就该技术进行地应力测量过程中可能存在的问题进行了探讨;（3）通过室内模拟试验,验证了技术原理的可行性,并通过误差分析和实例计算对该方法测量结果的准确性进行了讨论。     

多尺度数字高程模型

以岩土工程边坡数值模拟仿真可视化为研究对象,分析、研究了数字高程模型(DEM)和样条函数。将非均匀B样条曲面拟合和准均匀B样条小波多尺度分解结合起来,实现多尺度DEM地形建模方法,设计了相应的算法。实验结果表明,其建模造型效果逼真,多尺度分辨率明显,是一种高效实用的建模方法。     

基于多频超声成像特征的软弱结构面可视化分析方法研究

在一定荷载条件下,岩土体内部软弱结构形态特征及其变形破坏方式对岩土工程边坡失稳等具有重要的意义,而岩土体内部软弱结构面及其形态特征的可视化分析往往缺乏有效的现场测试手段。基于此,提出一种基于多频超声成像特征的软弱结构面可视化分析方法。该方法通过使用多个频率的超声波来获取对应条件下不同角度、不同频率下岩土体内部软弱结构组织的超声扫描图像,统计分析其反射衰减特征以及差值图像的渐变特征,并据此建立软弱结构面定性定量分析方法,从而实现岩土体内部软弱结构的可视化分析。该方法实现了对岩土体内部软弱结构的实时成像探测和可视化监测,解决了现有技术中无法实现对岩土体内部软弱结构的原位成像探测和精细化分析的问题,为岩土工程和地质勘察中有关软弱结构诱发岩土体失稳机制的研究提供了一种新的技术手段和研究思路。     

数字式全景钻孔摄像系统及应用

数字式全景钻孔摄像系统是一套全新的智能型勘探设备，代表了钻孔摄像技术的发展方向，它的关键技术在于全景摄像和数字化技术，其中，全景摄像技术解决了三维图像与其空间坐标的关系；数字化技术解决了图像的形成、处理与还原，地质资料的计算、统计与分析，以及二次开发的能力，通过对其基本原理和应用情况的介绍，反映了该系统的科学性、先进性以及其采样技术的完整性、准确性。     

点状不良地质体钻孔雷达响应特征的形状效应正演分析

针对钻孔地质雷达探测工作中常见的空洞、岩溶和地下埋藏物等点状不良地质体,利用时域有限差分数值模拟方法,对岩土体内不同形状和不同埋深的目标地质体进行了雷达响应正演模型研究,并分析了这些模型的实际分辨能力和应用条件。结果表明,对于不同的探测任务,应根据感兴趣目标体的几何尺寸、分辨率要求等来选择合适的天线频率;不同几何形状的点状不良地质体所呈现的雷达剖面形式各异,且雷达反射信号强弱也不同;同一频率天线其探测分辨能力随空洞埋藏深度而变化,同一埋深下,天线频率越高,高度分辨能力效果越好。研究结果可为钻孔雷达用于岩体工程勘察、灾害隐患探测提供模拟图像认知和数据判读支持     

基于钻孔摄像技术的岩体完整性评价方法

通过钻孔摄像技术获取岩体的结构特性,提出一种评价岩体完整性的新方法--RMDI法,并应用于开滦煤矿唐山矿区数字钻孔摄像工程地质勘测中的离层孔。结果表明：（1）高精度的钻孔图像能为岩体完整性评价提供可靠的结果;（2）DIDF能反映钻孔壁岩体完整程度的轴向分布状况;（3）RMDI法用于评价岩体完整性是可行的;（4）RMDI法能实现全孔段或局部孔段的岩体完整性评价,完成对岩体不同完整段的位置搜索。     

基于多频钻孔声呐的溶洞探测方法研究

地下溶洞的形态及大小特征对该区域地质结构的稳定性计算和评价具有重要意义,而目前所使用的钻孔声呐法通用性低,很难同时满足探测精度和探测广度的需求。为此,在传统钻孔声呐法的基础上,提出了一种基于多频钻孔声呐的溶洞探测方法。该方法在考虑了不同频率对实际探测对象贡献大小的基础上,合成了多种频率的探测数据,有效解决了探测尺度和探测精度之间对立的问题。首先,推导了探测系统的最佳频率表达式,为优先和更大程度上体现不同频率对探测结果分析的影响提供基本参数,并构建了频率影响因子参数来描述固有频率与最佳频率之间的偏离程度;然后,在叠加了频率影响因子的基础上,综合合成了多种探测频率的探测数据,采用改进的频谱测距法完成了探测对象的精确测定;最后,在附加深度以及方位信息之后,实现了溶洞腔体形态的立体重建;并将该方法应用到了实际工程中,验证了方法的可行性和准确性。