国家自然科学基金(41102183)
- 作品数：14 被引量：355H指数：11
- 相关作者：李术才刘斌聂利超刘征宇宋杰更多>>
- 相关机构：山东大学更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金山东省自然科学基金中国博士后科学基金更多>>
- 相关领域：天文地球建筑科学矿业工程交通运输工程更多>>
- 基于空间形态先验约束的三维电阻率反演成像方法(英文)被引量：7
- 2013年
- 三维电阻率探测反演存在着多解性的固有难题,增加已知数据和先验信息、施加先验约束是压制反演多解性的可行途径。针对该问题,将地质推断或其他地球物理勘探方法获得的确定性的异常体空间形态信息作为一种重要的已知先验信息,提出了一种基于异常体空间形态先验约束的三维电阻率反演成像方法,利用已知异常体边界的三个正交方向向量(法向量及两个切向量)及各向异性的权重系数来控制异常体边界区域的法方向及切方向电阻率差异程度,从而实现已知异常体边界空间形态的刻画及其先验约束的表征。将上述异常体空间形态先验约束施加到三维电阻率反演目标函数中,并建立了基于空间形态先验约束的三维电阻率反演成像方程。然后,开展了基于空间形态先验约束的数值反演算例,对三维电阻率反演方向向量及其权重进行了系统探讨,得到了方向向量权重合理的取值范围,验证了空间形态先验约束在降低多余构造,压制多解性方面的可行性和有效性。最后,将该方法用于广州地铁含水层探测中,将地质地雷得到的异常体空间形态施加到三维电阻率反演中,较准确的反演出地下含水层的位置和形态,通过与现场钻孔对比,可发现空间形态约束方法显著的压制了三维电阻率探测反演的多解性问题,具有良好的实用性。
- 李术才聂利超刘斌宋杰刘征宇苏茂鑫徐磊
- 关键词：电阻率反演三维电阻率地质异常地球物理数据方向向量
- 基于自适应加权光滑约束与PCG算法的三维电阻率探测反演成像被引量：11
- 2012年
- 三维电阻率探测在实际工程中日益受到重视,但存在着深部分辨率低、反演效率低等关键问题,严重制约了三维电阻率探测技术的应用和推广。针对深部分辨率低的问题,提出了一种随三维模型网格尺寸自适应调整的加权光滑约束,改善了深部网格的电阻率差异容许程度,实现了对不同深度网格约束的差异化加权处理,有效的提高了深部反演的分辨率和成像效果。针对反演计算耗时长、效率低的问题,基于预条件共轭梯度法求解快速稳定的优势,提出了三维电阻率快速稳定反演成像算法。在该算法中,将雅可比迭代中的对角阵作为预条件矩阵,其具有求逆方便、无需内存空间的特点,显著加快了收敛速度。最后,利用合成算例和隧道导水裂隙探测的工程实例验证了上述反演方法的可行性与有效性,表明借助于自适应调整加权光滑约束和预条件共轭梯度算法,有效的提高了深部分辨率和计算效率,显著改善了反演效果。
- 刘斌李术才聂利超李利平刘征宇宋杰隋斌周宗青
- 隧道含水构造频域激发极化法超前探测研究被引量：11
- 2012年
- 隧道前方含水构造的超前预报是地下工程领域中亟待解决的难题。基于频域激发极化法中频散率参数对水体响应敏感的特点,将其引入到隧道含水体超前探测研究工作中。从理论正演、物理模拟、解译方法等方面入手对频域激发极化超前预报技术进行了系统的研究。利用三维有限元数值模拟技术解决了隧道中频域激发极化超前探测的数值正演难题,并通过对典型含水体的正演研究得到了视频散率对含水构造的响应规律,发现视频散率曲线的极大值是表征掌子面前方含水构造存在的重要特征;基于大量数值正演的结论,提出了一种利用两次探测的视频散率曲线极大值联合判断含水构造位置的方法;物理模型试验和现场实际应用表明,频域激发极化法预报的含水体位置与实际情况基本一致,验证了该方法用于隧道含水构造超前探测的有效性,为解决隧道含水构造超前探测这一难题提供了可行的途径。
- 聂利超李术才刘斌李树忱钟世航宋杰刘征宇
- 关键词：隧道工程含水构造物理模型试验
- 矿井突水灾变过程电阻率约束反演成像实时监测模拟研究被引量：28
- 2012年
- 为实现矿井突水灾变的实时监测与灾变前兆的预警,提出了突水灾变过程电阻率约束反演成像实时监测方法。首先,将表征网格电阻率变化范围的不等式约束施加到电阻率反演成像方程中,并设计了快速反演算法,有效地改善了反演的多解性与计算效率,据此建立了电阻率约束反演成像实时监测方法。同时,开展了隐伏断层底板突水约束反演成像实时监测的数值试验,利用灰度相关系数理论定量评价了突水过程中的电阻率反演图像主要响应特征:表现为反演图像中岩层断裂、突水通道形成等重要事件及图像灰度相关性系数的基本持续单调发展或信息突变。最后,将实时监测方法应用到矿井突水物理模拟试验中,实现了对裂隙萌生、扩展、岩层断裂等重要突水过程的较真实动态成像,提前813 s准确捕捉到灾变前兆信息,表明电阻率约束反演成像实时监测方法用于突水灾害监测与预警具有良好的可行性。
- 刘斌李术才聂利超王静李利平刘征宇宋杰
- 关键词：矿井突水实时监测
- 隧道含水构造电阻率法超前探测正演模拟与应用被引量：12
- 2012年
- 针对直流电阻率法超前探测研究中理论研究落后于工程实践的现状和探查效果较差的问题,对隧道直流电阻率法超前探测进行了系统的正演研究。首先,利用有限单元法数值手段对含水断层等多种典型含水构造的超前探测进行了正演,得到了典型含水构造超前探测的异常响应特征,提出了干扰识别与去除这一关键技术,形成了掌子面前方有用信息提取的有效途径,为隧道含水构造的超前探测奠定了理论基础。其次,研制了隧道含水构造超前探测物理模型试验装置和相似材料并开展了物理模型试验,在实验室尺度下对直流电阻率法超前探测这一新型测量方式进行了有益的探索,验证了该方法用于含水构造探测的有效性。最后,结合实际工程进行了超前地质预报实践,实现了对含水构造的定性判断。应用效果表明,直流电阻率法超前探测研究为现场应用提供了指导和参考,并为含水构造的三维反演成像与定位奠定了基础。
- 刘斌李术才李树忱聂利超钟世航宋杰刘征宇
- 关键词：隧道工程超前地质预报直流电阻率法正演模拟物理模型试验
- 地下工程涌突水注浆止水浆液扩散机制和封堵方法研究被引量：123
- 2011年
- 涌突水是地下工程的主要地质灾害之一。实践表明,注浆是治理涌突水的有效技术手段,但相关的动水注浆理论发展尚不成熟,尤其是裂隙动水条件下的浆液扩散和封堵机制研究不足。针对上述问题,研发准三维裂隙动水注浆模型试验台,进行裂隙岩体涌突水的动水注浆模型试验研究,通过对200余组试验数据进行分析,提出浆液的U形扩散规律和水泥浆液的分层分区扩散机制,得到浆液的快速析水沉积原理和沉积留核扩散规律,实现浆液扩散和封堵效果的定量评价。在此基础上,形成以浆水流量比为核心控制因素的裂隙涌水注浆封堵方法。室内涌水注浆封堵试验和龙固煤矿高压涌水现场注浆封堵试验进一步验证研究成果的正确性,这对发展动水注浆理论和指导工程实践有一定作用。
- 李术才张霄张庆松孙克国徐尧张伟杰李海燕刘人太李鹏
- 关键词：岩石力学动水注浆模型试验工程应用
- 多同性源阵列电阻率法隧道超前探测方法与物理模拟试验研究被引量：26
- 2015年
- 直流电阻率法以其对含水构造响应敏感且适应性强的特点,是隧道施工期超前地质预报的常用方法.针对目前定点源三极观测方式易受到测线附近旁侧异常干扰与聚焦观测方式探测距离过短无法三维成像的问题,提出了一种基于多同性源阵列电阻率的隧道超前探测新方法,利用环形布置的多同性源供电压制隧道掌子面后方的异常体的干扰,同时增强掌子面前方远处异常体的敏感度,阵列电极测量可为含水构造的三维反演成像提供三维数据.首先,开展了含水构造超前探测的数值正演模拟,发现多同性源方法的视电阻率纵向微分曲线极小值以及与横轴的交点位置可对异常体位置进行定性判断,探讨了多同性源方法对后方及侧向异常干扰的响应特征及识别方法.其次,将电阻率光滑约束与轨迹光滑策略引入蚁群反演算法,提出了一种最小二乘方法与改进蚁群算法相结合的混合反演算法,反演数值算例表明混合反演算法能够实现含水构造的三维成像,较好地反演出不同距离的含水构造位置,并使其边界较为清晰.为了验证多同性源探测方法的探测效果开展了物理模型试验,多同性源阵列电阻率法能较好的反映含水构造的存在,与实际含水构造的位置较为相符.
- 李术才聂利超刘斌田明禛王传武宋杰刘征宇王世睿
- 关键词：隧道超前地质预报改进蚁群算法混合反演物理模型试验
- 跨孔电阻率CT约束反演理论及程序设计
- <正>1.引言近年来,随着探测面临的地形、地质条件和监测条件愈加复杂,对地球物理探测的成像精度和解译效果的要求也越来越高,'成像化、精细化'成为地球物理探测发展的趋势。跨孔电阻率CT方法作为一种新兴的地球物理探测方法,能...
- 刘征宇李术才刘斌许新骥聂利超孙怀凤宋杰
- 文献传递
- 隧道激发极化法超前探测快速反演研究被引量：13
- 2012年
- 突(涌)水地质灾害是制约隧道等地下工程建设的瓶颈问题之一,掌子面前方存在多个含水构造的情况普遍存在,对隧道前方多个含水构造的超前探测是亟待解决的难题,基于激发极化法中极化率参数对水体响应敏感的特点,将其引入到隧道前方含水体超前探测研究工作中,从正演理论、反演解释、物理模拟和现场应用等方面入手对激发极化超前预报技术进行了较为深入的研究。首先,推导了隧道掌子面前方多个含水构造激发极化法超前探测的理论解公式,采用等效电阻率法计算视极化率观测数据,为激发极化法超前探测快速反演奠定了基础。其次,基于隧道前方多个含水构造的理论解,提出了利用两个阻尼系数控制步长和搜索方向的思路,解决了传统马奎特方法仅依靠一个阻尼系数很难有效同时控制两个变化因素的矛盾;提出了一种改进的马奎特快速反演方法,同时对视电阻率和激发极化数据进行反演,使之对初始模型参数依赖较小,收敛速度较快,精度较高,并对隧道前方存在多个含水构造模型进行了较为成功的反演。最后,物理模型试验和现场实际应用表明,激发极化法超前探测快速反演方法是行之有效的,为解决隧道多个含水构造超前探测这一难题提供了可行的途径。
- 聂利超李术才刘斌李树忱钟世航
- 关键词：隧道工程含水构造激发极化法快速反演物理模型试验
- 隧道含水构造直流电阻率法超前探测三维反演成像被引量：21
- 2012年
- 突涌水地质灾害是隧道修建面临的主要威胁,隧道掌子面前方赋存的突水灾害源——含水构造的三维定位已经成为亟待解决的关键难题。针对上述难题,提出了直流电阻率法三维反演成像超前探测方法。首先,建立了直流电阻率法超前探测三维全空间立体观测方式,针对测线附近的旁侧干扰严重这一关键问题,提出了干扰识别与去除方法,实现了掌子面前方三维有效信息的测量。综合线性反演方法和非线性反演方法的优点,提出了改进遗传算法与最小二乘法相结合的混合反演成像方法,既摆脱了对初始模型的依赖,又保证了反演进化效率。然后,重点对断层、裂隙、溶洞等典型的含水构造进行了系统的反演数值试验,获得了典型含水构造的三维成像特征和相应的地质解释依据,为实现由观测数据到三维成像再到地质模型的映射奠定了基础。最后,将直流电阻率法超前探测三维反演成像方法应用到模型试验和实际工程中,实现了含水地质构造的较准确三维定位,证明该方法具有良好的推广应用价值。
- 刘斌李术才聂利超王静宋杰刘征宇
- 关键词：隧道超前地质预报含水构造直流电阻率法
