隧道全空間瞬變電磁法正演數(shù)值模擬及應(yīng)用研究.pdf

1、瞬變電磁法（TEM）是一種時(shí)間域的電磁地球物理探測(cè)方法，在半空間條件下的地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)勘探、地下水找尋等方面的應(yīng)用及理論研究相當(dāng)成熟，全空間下的隧道瞬變電磁法理論研究卻相對(duì)滯后。近年來(lái)伴隨我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大力發(fā)展，隧道作為一種穿越工程，建設(shè)需求也日益增大，同時(shí)影響隧道工程施工和威脅工程施工安全因素之一的地質(zhì)災(zāi)害也時(shí)常發(fā)生。瞬變電磁法具有對(duì)低阻體敏感的特性，能夠有效辨識(shí)富水?dāng)鄬?、裂隙破碎帶、巖溶發(fā)育段等含水不良地質(zhì)體，因此對(duì)于全空間條件

2、下的隧道瞬變電磁法超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的理論和工程應(yīng)用研究顯得非常重要。
　　本文以米倉(cāng)山特長(zhǎng)隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)項(xiàng)目為工程依托，以理論研究為基礎(chǔ)、數(shù)值模擬和工程應(yīng)用相結(jié)合的方法，分析了隧道瞬變電磁法的電磁響應(yīng)一般規(guī)律，并與其它超前地質(zhì)預(yù)報(bào)成果對(duì)比，驗(yàn)證了瞬變電磁法超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的可行性和正確性，提出了不良地質(zhì)體相應(yīng)的工程處治措施，本文主要的研究成果如下：
　　(1)使用ANSYS有限元軟件對(duì)隧道全空間瞬變電磁法進(jìn)行正演數(shù)值模擬，建立隧道

3、三維模型，分別對(duì)無(wú)不良地質(zhì)體的純隧道空間和有含水不良地質(zhì)體的情況進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，對(duì)比驗(yàn)證了全空間條件下數(shù)值模擬渦流、電磁感應(yīng)強(qiáng)度的“水波效應(yīng)”，瞬變電磁法表現(xiàn)出對(duì)低阻敏感的特性，為瞬變電磁法能夠應(yīng)用于工程探測(cè)領(lǐng)域提供了理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)解譯依據(jù)。通過(guò)改變掌子面前方不良地質(zhì)體模型的方位、規(guī)模、厚度、含水量等參數(shù)，得到各參數(shù)條件下的瞬變電磁響應(yīng)一般規(guī)律；分析研究了影響瞬變電磁法異常響應(yīng)的隧道空間金屬體和巖溶低阻體，得到影響因素干擾下的電磁響應(yīng)

4、一般規(guī)律。
　　(2)使用瞬變電磁儀在米倉(cāng)山特長(zhǎng)隧道進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，對(duì)初勘地質(zhì)調(diào)查可能存在含水不良地質(zhì)體的區(qū)段進(jìn)行綜合超前預(yù)報(bào)。工程應(yīng)用成果表明瞬變電磁法對(duì)于含水?dāng)鄬?、裂隙破碎帶及巖溶段具有明顯的探測(cè)效果，同時(shí)也驗(yàn)證了隧道空間存在金屬體時(shí)有效規(guī)避距離應(yīng)大于30m和掌子面后方圍巖空間存在巖溶體時(shí)對(duì)探測(cè)結(jié)果影響有限的結(jié)論；瞬變電磁法在含水體的探測(cè)方面也表現(xiàn)出比 TSP法具有更高的探測(cè)精度，比地質(zhì)雷達(dá)法具有更高的準(zhǔn)確度的優(yōu)點(diǎn)。