隧道不良地质体的模型试验及检测信号频谱分析

隧道工程建设经常会遇到诸如溶洞、溶洞积水等不良地质情况,为确保隧道施工安全,普遍采用地质雷达探明掌子面前方是否存在不良地质体及含水情况,如何根据地质雷达波形及频谱特征进行解译显得尤为重要.利用可重复的砂槽,建立试验模型,模型中埋设空洞、空洞积水等典型不良情况,采用地质雷达对试验模型进行探测,获得不同地质条件的地质雷达检测数据,并对地质雷达数据进行频谱分析.结果表明:电磁波遇到不同地质时,地质雷达时间剖面图中出现明显振幅反射,但振幅衰减存在明显的差异性;随着介质的介电常数增大,地质雷达信号振幅衰减逐渐增大,但主振频率反而降低.模型试验成果为实际工程中对隧道掌子面前方不同地质情况的解译提供参考.     

石英砂岩体的地质雷达波频谱特征

经过岩土体介质反射回的地质雷达波特征携带了所穿透的岩土体内部的相关信息,其中地质雷达波频谱主频值可以作为判断岩土体结构特征的一个定量指标. 以围岩为石英砂岩的公路隧道工程为依托,采用MALA地质雷达配100 MHz屏蔽天线,对隧道掌子面前方的石英砂岩体进行超前地质探测试验,分析典型的Ⅴ级、Ⅳ级和Ⅲ级石英砂岩围岩的雷达波形图图像特征和雷达波在岩体介质中传播的傅里叶频谱特征. 通过分析现场试验数据,得出岩体介质的雷达波主频值因自身结构特征和周边环境变化而在一定的敏感频率区间内的规律. 对比分析研究结果与工程开挖实际,表明通过分析超前地质探测获得的雷达波傅里叶频谱主频值特征来反演识别围岩结构特征是切实可行的.     

地震属性相干体技术在煤田地震勘探中的应用

三维地震数据体中蕴含丰富的地层地震地质信息,常规解释方法主要利用地震时间剖面成像资料,进行层位解释、断层解释以及地层岩性特征分析等,但对于地震剖面成像效果差且特征不明显的地质异常体或是小断层采用常规解释方法就难于既得好的地质效果.地震属性相干数据体解释技术的应用,使得地震资料精细解释取得升级,特别是对于识别断距小的断煤断层、煤层陷落柱等地质异常体的解释精度明显提高.通过实例论述了地震属性相干数据体分析技术在解释断层及陷落柱等地质异常体中的应用效果.     

地下圆形空洞地质雷达成像机理

由于地理因素和历史等原因,城市地下圆形空洞“多”“密”“乱”的状况越来越严重,地质雷达圆形空洞扫描图像解析并不明确。基于地质雷达扫描探测全过程,将雷达紧贴地面扫描地下圆形空洞的全过程图像细分为三个阶段,建立各阶段水平距离与回波延时之间的关系,系统分析不同埋深,不同半径条件下圆形空洞地质雷达扫描图像的变化情况,结合探测实例实现地下圆形空洞地质雷达成像机理的科学解释。总结出地下圆形空洞雷达扫描图像对称轴左侧为单调递减的连续凹函数,厚度由不断增大至稳定;对称轴右侧为单调递增的连续凹函数,厚度由稳定至不断减小;随着埋深与半径增大,曲线曲率减小,曲线图像趋于缓和,曲线的特征体现出张开弧度增大的趋势。     

煤层中的特殊地质现象在地震资料解释中的应用

地震勘探在控制煤层赋存形态及构造等方面已取得了满意的效果,但煤矿为了稳产高产及生产安全等要求,须准确掌握井田内“无煤带”、采空区、火烧区、煤层露头、火成岩等特殊地质现象。通过多年对辽宁、山东、新疆等地煤矿地震勘探实例,介绍确定煤层特殊地质现象采用的方法,通过运用钻孔测井曲线进行地震资料反演,掌握地震时间剖面上的特殊地质现象的特征,依据三瞬处理,研究振幅异常与地质现象的对应关系,更重要的是在地震资料解释方面,要充分利用已知的地质资料,根据不同的地质异常体在地震数据体上的特征解释各种特殊地质现象。     

超长电磁波遥测技术在渤海深部油气勘探中的应用

根据渤海西岸和渤海中部两口探井的探测和对比实验分析,利用超长电磁波遥测技术可以根据已知探井的探测对比分析预测新探井的岩性界面,协助井位的选址和设计。另外,利用超长电磁波的探测技术可以从剖面和平面上对远景区进行普查性探测,编制远景区的构造图。根据塘沽-大连探测的超长电磁波频谱曲线剖面对比分析,证实引起渤海中部重磁异常高的地质体可能是基性超基性岩体。渤海中部地区的岩浆活动为本区的有机物成熟提供了热机制,因此,渤海中部地区可能是渤海深层天然气的勘探远景区。     

基于GPRSIM的道路地下病害体探地雷达正演模拟研究

探地雷达因其便捷、高效、无损的优势目前被广泛应用于道路地下病害体探测任务中,但雷达图像识别又缺少统一的解释标准,所以亟需为病害体探测提供判别依据。因GPRSIM探地雷达正演软件可自定义模型形状、天线频率大小及正演速度快等优点,所以研究基于GPRSIM设计了不同填充类型、形状、规模、埋深、天线中心频率的道路路基空洞病害模型进行正演模拟研究,并分析总结病害雷达特征。其结果对雷达图像的解译具有重要的指导作用,同时,也为病害体识别提供了客观的理论依据。     

地质雷达探测地铁沿线未知涵洞的研究与应用

以某在建工程线路经过老城区主干道的地质与环境调查为研究对象,采用地质雷达探测方法,在路面合理布设探测剖面和观测系统;通过对采集的地质雷达记录进行有效处理和地质雷达图像的分析,研究如何在地铁隧道勘察中根据场地条件和探测的目标物,综合识别未知涵洞.研究结果表明:通过设计纵横跟踪布设地质雷达探测剖面,选择恰当的资料处理参数和...     

基于GPR的巷道围岩空区探测及支护设计

为确保地下矿山掘进巷道围岩稳定性,发现前方不良地质体,采用地质雷达对掘进巷道围岩及底板进行空区探测,并对巷道围岩进行不同地应力作用下的稳定性分析,对不同长度锚杆加固后的锚杆轴力进行对比。结果表明:雷达探测的两个区域均出现不同深度的振幅较强反射区;1.5m锚杆支护作用下围岩最大位移量分别减少39.3%和10.0%,X-有效应力分别增加42.8%和37.5%;1.5m和1.8m锚杆支护时轴力变化基本相同。根据同相轴的连续性对异常区进行判断,异常信号为充填不密实区及空洞,采用锚杆锚网喷浆支护。可以为类似矿山巷道围岩稳定性及支护提供借鉴意义。     

基于有限元数值模拟的直流电阻率激电找矿探测技术

为提高直流电阻率激电探测成果地质解释准确性,促进直流电阻率激电在找矿勘查中的应用,采用有限元数值模拟对直流电阻率激电探测中低阻高极化体、直立板状体、低阻盖层、高阻盖层、地表不均匀体、地形起伏及实测数据反演解释几个主要方面进行了对比分析。研究结果表明,对于实际勘查中的反演解释结果,根据异常特征构建地质体模型并进行有限元数值模拟,能快速判别探测目标体异常属性、区分虚假异常,提高定量解释水平及找矿勘查效率。研究结果为直流电阻率激电找矿探测定量解释提供了参考。     

基于YOLO算法的探地雷达道路图像异常自动检测

探地雷达(ground-penetrating radar, GPR)是一种可用于道路内部异常目标识别的无损检测方法。GPR工作时往往产生海量的扫描数据,而数据解释是技术要求高、任务繁重的工作,通常需要人工完成。此外,道路内部的复杂性和异常目标的多样性增加了图像异常检测的难度。近年来,人工智能(artificial intelligence, AI)技术的快速发展为基于AI的探地雷达B-scan图像自动解释提供了可行的技术思路,常用的深度学习算法有RCNN(region-convolutional neural network)和YOLO(you only look once)。虽然YOLOv3在目标检测方面已经有了一定的成效,但YOLOv4的改进算法可以进一步提高检测能力。结合YOLOv3算法,对比研究分析YOLOv4目标检测算法的改进对于目标检测任务的影响,以及YOLOv4算法对探地雷达图像异常目标检测效率的提升能力。结果表明,YOLOv4的改进算法更适用于探地雷达异常目标的自动检测,经过训练后的YOLOv4网络模型满足探地雷达道路内部异常目标智能化检测需求,具有较强的实用价值。     

道路碎石垫层异常缺陷的探地雷达响应特征

采用探地雷达技术探测碎石垫层异常,研究碎石垫层脱落、碎石垫层层间具有密实-疏松界面、碎石垫层厚度变化及碎石垫层由松散块石充填4种异常的探地雷达响应特征。时域剖面评价、钻探资料验证、典型单道波形时域及频谱对比分析表明:碎石垫层脱落表现为同相轴的缺失,碎石垫层层间弱反射的反相性,谱能量分布在整个频率范围,且在550~800MHz出现较强信号;碎石垫层间存在密实-疏松界面表现为碎石垫层层间存在同相轴,谱能量集中在中低频区,能量峰较多;碎石垫层厚度变化表现为上下界面反射波时间差的大小(同相轴的上凸或下拉);碎石垫层由松散块石充填表现为强振幅复合波(同相轴杂乱,具有小绕射弧),谱能量峰叠加严重,峰值较大。     

基于经验模态分解的低信噪比探地雷达数据处理

阐述经验模态分解原理及复信号分析理论,着重讨论EMD分解应满足的条件及具体分解过程.应用EMD方法对单道GPR数据及GPR正演加噪剖面分别进行分解,得到从高至低不同频率范围的本征模态函数GPR图.然后,以湖南长沙黑麋峰抽水蓄能电站进厂交通隧洞实测GPR剖面为例,首先对该剖面进行EMD分解去除部分噪声,再利用Hilbert变换求取GPR剖面复信号,并提取瞬时振幅、瞬时相位、瞬时频率3个参数,绘制出相互独立的瞬时参数剖面图.研究结果表明:EMD分解对于低信噪比GPR数据具有较强的适应性,把EMD分解应用于含噪的雷达信号,并结合GPR复信号分析技术得到的“三瞬”信息,避免了使用单一时距剖面分析所造成的解释偏差,可以较好地实现对低信噪比GPR数据的噪声去除,突出雷达剖面中异常体特征,达到提高GPR信号分析效果及解释精度的目的.     

探地雷达检测铁路道床翻浆冒泥时频域特征分析

为研究铁路道床翻浆冒泥病害探地雷达图像的识别,通过在标准铁路轨道上设置翻浆冒泥至道砟面和未至道砟面两种病害模型,研究两种翻浆冒泥病害随时间和含水率变化的时域及频域特征。通过时间域和频域的A扫描数据对比及B扫描数据分析得到:翻浆冒泥至道砟面时在剖面图和时间域波形上形成强反射并能轻易分辨,而未至道砟面反应相对微弱;道床翻浆冒泥使频谱中的特征频点幅值减弱,频域幅值变化百分数在道床翻浆冒泥中显著高于时间域的变化。这两个结论说明在识别探地雷达铁路路基道床翻浆冒泥病害时,应同时结合频域特征点的变化来判断。     

基于GPR信号频带介电谱特征的公路早期病害检测*

现有的探地雷达(GPR)技术都是在公路病害产生后进行病害定位,而不是在病害发生的早期对病害进行预测。为了实现公路早期病害检测,本文构建了公路早期病害识别系统,该系统充分利用GPR信号的频带介电谱特征,分别抽取训练样本和测试样本的频带介电谱特征向量,以识别公路早期病害情况。实验结果表明：频带介电谱特征向量能较好的表征GPR信号对应的地电信息,适用于GPR信号的分类;该系统能对公路基层的密实度特征和含水量特征进行有效识别,为公路早期病害检测提供了技术保障;此外,该系统具有很强的实时性,对各个测试样本进行特征向量提取和识别的平均耗时不大于0.8ms。     

基于广义S变换的频移衰减估算方法及其在碳酸盐岩储层中的应用

传统频率域衰减Q值估算方法在碳酸盐岩储层地震预测中往往存在Q值精度不高和时频分辨率不足的问题,难以精细、有效地描述储层地震特征。本文利用改进的频移法Q值估算精度高、稳定性好的优势,引入广义S变换使其时频分辨率可调以满足实际需求,提出了一种完整的衰减方法研究流程,讨论了广义S变换双参数及振幅谱频段参数的选取方式,参考层识别与层剥离处理方法等问题,有效提升了衰减Q值方法在碳酸盐岩储层研究中的适用性。将该方法应用于安岳气田磨溪区块龙王庙组碳酸盐岩储层,提取了工区内一条二维地震测线的Q值剖面,对比实际资料进行分析,结果表明Q值结果较振幅、波阻抗属性更能反映储层含气特征,低Q分布区域与含气井位置基本吻合,衰减异常现象明显。将该方法应用于全工区地震资料,Q值结果反映了地层的吸收特征和储层特征差异,有效预测了优质储层分布的有利区。基于衰减Q值的估算方法在碳酸盐岩储层预测中具有明显效果。     

基于GPR的城市道路地下病害差值检测方法研究

地下工程施工对道路路基破坏产生的地下空洞等病害是导致城市道路路面坍塌事故频发的主要原因,探地雷达(GPR)以其无损、快捷以及浅层高分辨率的优势被广泛应用于道路地下病害检测中。针对目前GPR技术在地下病害一次性检测中存在的环境干扰严重和检测精度低的问题,提出了一种基于差值检测的道路地下病害检测方法。首先通过差值检测算法对配准后的不同时相雷达图像进行差值处理,识别出变化区域即病害可能出现区域,然后利用改进的核匹配追踪算法,识别并提取道路病害特征。根据回波波组形态、振幅和相位特性、吸收衰减特性等方面特征,初步建立地下病害属性划分标准,进而将不同种类病害分级以指导施工修复。对北京四环路部分路段进行应用实验,结果表明:该检测方法有效提高道路地下病害的检测精度至80%。该方法可实现道路病害检测由一次性检测技术向周期性监测技术的转换,为保障城市道路和地下管线安全提供有效的技术支撑。     

砂岩及其坡积物结构面的地质雷达图像解译——以超强地面耦合50 MHz雷达天线探测为例

白鹤滩地区下覆地层具有含水量高、透水性差、强度低等特征,可能会在工程中引发地质灾害等问题.利用超强地面耦合50 MHz雷达天线,采用剖面法研究砂岩及坡积物区域地层结构,获取了砂岩及坡积物之间不同结构面的波形特征,并且在雷达图像上客观地反映砂岩及坡积物地区地层变化情况.针对探测区实际情况优选地质雷达探测及具体应用,并对图像资料进行精细的解译,确定了地层结构面的纵向变化情况,清晰地反映出基岩内部特征,也对地质雷达高分辨率野外数据采集、分析有着重要的参考价值.