隧道地震超前预报中的波场分离数值模拟研究

论文摘要

随着国家基础建设的投资日益加大,再加上我国是一个多山的国家,隧道作为一种特殊的建筑结构受到了越来越多的关注。但是由于其独特的隐蔽性和不可预知性,使得隧道地质超前预报受到了越来越多的重视。而目前的地质超前预报的方法主要有地震超前预报和电磁波超前预报方法,其中以地震超前预报应用最为广泛,预报距离也最长。所以研究隧道内的地震波场特征和正确的波场分离方法能够使隧道超前预报更加准确,对隧道施工进度和人民生命财产提供了强大的保障作用,并且对于后续的隧道内复杂地震波场的正演反演等研究有指导意义。本论文首先通过反射时距曲线方程推导出了隧道掌子面前方不同角度的断层面的反射波时距曲线。并且通过隧道仰拱放炮有限元模型分析了几种波场分离方法：线性Radon变换、抛物线Radon变换、双曲线Radon变换和F-K域视速度滤波的特点和各自的适用范围。通过建立3个不同倾斜角度的反射断层面模拟了掌子面放炮的地震波场,通过时距关系分析了随着角度的不同,所造成的地震解译误差。另外通过对这三种模型的时间-空间域原始剖面的波场分离,分析了线性Radon变换、抛物线Radon变换、双曲线Radon变换和F-K域视速度滤波的应用范围,得出了将抛物线Radon变换和线性Radon变换相结合的滤波方法是一种非常精确地波场分离方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 隧道数值模拟国内外研究现状
• 1.2.2 波场分离国内外研究现状
• 1.3 论文主要研究内容和技术路线
• 1.3.1 论文研究内容
• 1.3.2 论文技术路线
• 1.4 论文主要研究成果
• 第2章 隧道地震超前预报基本理论
• 2.1 弹性理论
• 2.2 隧道内地震波基本理论
• 2.2.1 地震波传播的基本理论
• 2.2.2 地震波的波动方程
• 2.2.3 地震波的形成、分类和特点
• 2.2.4 弹性分界面上的地震波
• 2.3 隧道地震超前预报的采集排列
• 2.3.1 隧道内地震波的数据采集和观测系统
• 2.3.2 隧道内信号的时距曲线
• 2.3.3 隧道内地震波场特征
• 第3章 有限元方法数值模拟基本理论
• 3.1 有限元方法简介
• 3.2 动力有限元方程推导及求解
• 3.3 有限元模拟软件ANSYS与模拟分析步骤
• 第4章 波场分离的方法和基本原理
• 4.1 引言
• 4.2 仰拱放炮模型分析
• 4.2.1 模型建立
• 4.2.2 波场快照
• 4.2.3 波场快照
• 4.3 线性RADON变换
• 4.3.1 线性RADON变换原理
• 4.3.2 线性RADON变换波场分离数值模拟研究
• 4.3.3 假频
• 4.3.4 p的采样率和扫描范围
• 4.4 抛物线RADON变换
• 4.4.1 抛物线RADON变换原理
• 4.4.2 抛物线RADON变换压制多次波数值模拟研究
• 4.4.3 参数Q的选择
• 4.4.4 抛物线RADON变换波场分离数值模拟研究
• 4.5 双曲线RADON变换
• 4.5.1 双曲线RADON变换原理
• 4.5.2 双曲线RADON变换波场分离数值模拟研究
• 4.6 三种RADON变换在水平界面反射层模型波场分离比较
• 4.7 F-K域二维视速度滤波
• 4.7.1 F-K域滤波原理
• 4.7.2 扇形滤波器
• 4.7.3 F-K滤波在压制多次波当中的应用
• 4.7.4 F-K二维视速度滤波波场分离数值模拟研究
• 第5章 隧道中波场分离数值模拟研究
• 5.1 引言
• 5.2 垂直断层面模型分析
• 5.2.1 垂直断层模型
• 5.2.2 网格划分、加载选项及其它参数设置
• 5.2.3 数据结果及分析
• 5.2.4 反射信号波的时距曲线和误差分析
• 5.2.5 RADON变换效果分析
• 5.2.6 F-K变换效果分析
• 5.3 陡倾断层面模型分析
• 5.3.1 陡倾断层模型建立、网格划分、加载选项及其它参数设置
• 5.3.2 数据结果及分析
• 5.3.3 几种信号波的时距曲线和误差分析
• 5.3.4 RADON变换效果分析
• 5.3.5 F-K变换效果分析
• 5.4 缓倾断层面模型分析
• 5.4.1 引言
• 5.4.2 数据结果及分析
• 5.4.3 几种信号波的时距曲线和误差分析
• 5.4.4 RADON变换效果分析
• 5.4.5 F-K变换效果分析
• 5.5 结论分析及问题讨论
• 5.5.1 几种反射界面的时深变换误差比较
• 5.5.2 几种波场分离方法误差比较
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果