復(fù)雜結(jié)構(gòu)聲波電磁波層析成像方法和應(yīng)用研究.pdf

1、聲波和電磁波探測(cè)技術(shù)在水電、鐵路、煤炭、石油及建筑等領(lǐng)域中作為工程地質(zhì)勘查、巖體工程穩(wěn)定性研究、工程質(zhì)量無損檢測(cè)、工程安全評(píng)價(jià)等方面的一種重要技術(shù)手段發(fā)揮了非常重要的作用。實(shí)際大型工程地質(zhì)探測(cè)的特殊性要求探測(cè)儀器和數(shù)據(jù)處理方法能夠適應(yīng)大尺度復(fù)雜結(jié)構(gòu)體的高分辨率探測(cè)。基于此，在聲波探測(cè)儀器、聲波層析成像正反演算法和實(shí)際探測(cè)應(yīng)用以及電磁波衰減時(shí)頻特性方面開展了系統(tǒng)的研究。
　　第1章概述了層析成像的發(fā)展歷史和常見的幾種圖像重建算法；重

2、點(diǎn)分析了目前聲波、地震波射線追蹤算法的發(fā)展現(xiàn)狀，指出了開展三角網(wǎng)射線追蹤研究的意義。針對(duì)礦井電磁波透視存在的問題，指出了在頻域內(nèi)開展電磁波衰減特性研究的意義。
　　第2章首先給出了大透距聲波探測(cè)儀的系統(tǒng)組成、性能指標(biāo)及大功率超磁聲波換能器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)；其次詳細(xì)敘述了儀器采集系統(tǒng)的信號(hào)采集、顯示及信號(hào)處理等各項(xiàng)操作功能；最后給出了在頂煤厚度探測(cè)和大跨度混凝土結(jié)構(gòu)無損檢測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例。
　　第3章圍繞著二維復(fù)雜區(qū)域的三角剖分，根

3、據(jù)剖分區(qū)域點(diǎn)、線、面的拓?fù)潢P(guān)系，遵循Delaunay三角剖分的優(yōu)化準(zhǔn)則實(shí)現(xiàn)了適合復(fù)雜二維區(qū)域特點(diǎn)、地球物理正反演要求的三角網(wǎng)剖分算法，并且在生成節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)格的同時(shí)，考慮了密度控制函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)功能。
　　第4章提出并研究了復(fù)雜結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)射線追蹤全局算法。在第2節(jié)定義了三角單元射線追蹤的拓?fù)潢P(guān)系及相關(guān)概念；從波前鄰域點(diǎn)最小走時(shí)計(jì)算及相應(yīng)次級(jí)源的選定、波行面擴(kuò)展和波傳播路徑的向源檢索三個(gè)方面論述了節(jié)點(diǎn)次級(jí)源近似全局算法；實(shí)際次級(jí)源檢

4、索采用了雙曲線近似全局算法。在第3節(jié)給出了三種不同類型模型的射線追蹤結(jié)果，并對(duì)二水平層介質(zhì)模型的理論計(jì)算結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了比較。
　　第5章敘述了聲波層析成像的基本理論，討論了基于三角網(wǎng)的射線層析成像圖像重建技術(shù)。對(duì)不規(guī)則區(qū)域內(nèi)含有薄板低速子域和圓狀低速子域的復(fù)雜結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了層析反演數(shù)值模擬，詳細(xì)給出了7次迭代過程的射線追蹤結(jié)果和層析反演速度分布結(jié)果。數(shù)值模擬結(jié)果表明，三角網(wǎng)射線層析成像方法具有復(fù)雜區(qū)域適應(yīng)性強(qiáng)、速度界面描

5、述靈活、分辨率高、成像結(jié)果更接近實(shí)際結(jié)構(gòu)形態(tài)特征的顯著特點(diǎn)。
　　第6章給出了大透距聲波層析成像技術(shù)在煤層底板破壞深度和大跨度混凝土結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量檢測(cè)方面的試驗(yàn)研究成果。在第1節(jié)介紹了采場(chǎng)底板巖層移動(dòng)破壞規(guī)律及底板破壞的波場(chǎng)響應(yīng)特征；給出了底板破壞聲波層析成像探測(cè)的觀測(cè)方案和探測(cè)成果；詳細(xì)分析了底板巖體聲波速度在時(shí)間和空間上隨工作面推進(jìn)的動(dòng)態(tài)變化過程，準(zhǔn)確地確定了煤層開采后底板破壞帶深度。第2節(jié)給出了跨度12m的混凝土結(jié)構(gòu)體的縱波和