山东省自然科学基金(ZR2011EEQ013)
- 作品数：8 被引量：149H指数：7
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- 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。
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- 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
- 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
- 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
- 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
- 基于不等式约束的最小二乘法三维电阻率反演及其算法优化被引量：69
- 2012年
- 基于光滑约束的最小二乘法是三维电阻率反演的主要方法,但该方法在某些情况下存在着多解性较强的问题,且普遍耗时较长,严重制约了三维反演方法的推广与发展.为改善上述问题,将表征模型参数变化范围的不等式约束作为先验信息引入最小二乘线性反演方法中,有效地改善了反演结果的精度,降低了反演的多解性问题.为了解决耗时较长的问题,基于预条件共轭梯度(PCG)算法和Cholesky分解法的特点提出了一套优化三维电阻率反演计算效率的计算方案.在该方案中,Cholesky分解法被用来求解敏感度矩阵计算中的多个点源场的正演问题,Cholesky分解法只需对总体系数矩阵进行一次分解,然后对不同的右端向量进行回代即可.将预条件共轭梯度法引入到三维电阻率反演方程的求解中,将雅可比迭代中的对角阵作为预处理矩阵,其具有求逆方便、无需内存空间的特点,有效地加快了收敛速度.对合成数据以及实测数据的反演算例表明,借助不等式约束和反演效率优化方案,最小二乘反演方法可得到较为精确的反演结果,有效地提高了反演计算效率,具有良好的推广前景.
- 刘斌李术才李树忱聂利超钟世航李利平宋杰刘征宇
- 关键词：最小二乘反演不等式约束电阻率层析成像
- 隧道突水灾害电阻率层析成像法实时监测数值模拟与试验研究被引量：5
- 2012年
- 突水灾害已成为危及隧道安全施工的重大问题,为了实现隧道突水灾变演化过程的监测和灾害预警,将电阻率层析成像法尝试引入到隧道突水的监测工作中,提出了一种基于图像灰度相关性理论的电阻率层析成像监测信息定量评价方法。首先,针对非地质缺陷类和地质缺陷类这两种典型的突水类型进行概化,得到了突水灾变演化过程不同阶段的地电模型,为隧道突水实时监测数值模拟奠定了基础。其次,采用有限单元法进行电阻率层析成像法突水实时监测数值模拟,揭示了电阻率图像对突水灾变演化过程的响应特征,通过对突水灾变演化过程电阻率图像灰度相关性的定量分析,发现相关性系数小于0.5(或0.3)的样本点数目大幅增多,且相关性分布和正演图像标准差急剧增大,是突水发生的重要前兆特征。最后,进行了隧道突水电阻率层析成像法实时监测模型试验,较准确地捕捉到了突水前兆信息,实现了突水灾害预警,表明电阻率层析成像法用于突水实时监测是可行的。
- 刘斌聂利超李术才李利平宋杰刘征宇
- 关键词：突水灾害电阻率层析成像图像灰度模型试验
