隧道地震預(yù)報(TSP)中典型不良地質(zhì)體的波場特征數(shù)值模擬研究.pdf

1、近年來，在我國的國民經(jīng)濟繼續(xù)延續(xù)良好發(fā)展勢頭的大背景下，國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)取得了重大發(fā)展成就，在高速鐵路和高速公路的建設(shè)中，隧道工程的數(shù)量較之以前明顯增多，隧道的長度也明顯增大。
　　隧道屬于地下工程，其圍巖地質(zhì)情況通常比較復(fù)雜，經(jīng)常會遇到軟弱地層、溶洞、高應(yīng)力、斷層等不良地質(zhì)情況，如果沒有進行可靠的超前地質(zhì)預(yù)報，這些地質(zhì)隱患就有可能變成工程災(zāi)難。20世紀(jì)90年代初，瑞士Amberg測量技術(shù)有限公司研發(fā)出一套超前預(yù)報系統(tǒng)設(shè)備——TS

2、P(Tunnel Seismic Prediction)隧道地震預(yù)報系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于地震波反射原理，其最大特點是探測距離遠（可達掌子面前方100-200m）、分辨率高、資料解釋快、對施工影響小等。但是由于實際復(fù)雜地質(zhì)和工程條件，導(dǎo)致隧道中地震波場非常復(fù)雜，給TSP的解釋工作帶來一定困難。另外，在探測巖溶等復(fù)雜非層狀地質(zhì)目標(biāo)體時，由于不滿足反射波探測的基本條件，基于層狀介質(zhì)反射原理的TSP系統(tǒng)通常會出現(xiàn)預(yù)報準(zhǔn)確率下降，有時甚至表現(xiàn)出無能為

3、力。
　　因此，采用數(shù)值模擬方法，研究和認(rèn)識典型不良地質(zhì)條件下的隧道地震波場特征，可以為TSP隧道地震預(yù)報的資料處理和解釋提供堅實的應(yīng)用理論基礎(chǔ)，對于促進隧道地震預(yù)報的理論和方法也具有重要的科學(xué)意義。
　　本文通過研究彈性波場的有限元數(shù)值模擬方法，用ANSYS軟件完成了對隧道地震預(yù)報(TSP)地震波場的2D數(shù)值模擬，建立了20個不同地質(zhì)情況下的隧道數(shù)值模型（隧道前方斷層模型8個，隧道前方空洞模型12個），并對得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過格

4、式轉(zhuǎn)換、頻率濾波、F-K濾波、τ-p變換，研究和認(rèn)識典型復(fù)雜地質(zhì)條件下的隧道地震波場特征，為TSP隧道地震預(yù)報的資料處理和解釋提供堅實的應(yīng)用理論基礎(chǔ)，促進隧道地震預(yù)報的理論和方法。
　　本文的主要結(jié)論有以下幾點:
　　當(dāng)隧道前方存在垂直于隧道軸線的斷層時，成像位置準(zhǔn)確，而當(dāng)前方的斷層傾斜時，需要進行偏移成像。在傾斜斷層模型中，存在視速度遠大于直達波速度的反射波。
　　對于隧道前方的空洞，空洞越大反射波越強。另外，依據(jù)P