ISSN 1004-4140
CN 11-3017/P

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于弹性波CT与GPR的岩体综合病害识别及三维地质建模

王敦显 张想想 陈文学 刘克强 卢佳玉 宋钊存 宋雷

王敦显, 张想想, 陈文学, 等. 基于弹性波CT与GPR的岩体综合病害识别及三维地质建模[J]. CT理论与应用研究, 2022, 31(2): 149-162. DOI: 10.15953/j.1004-4140.2022.31.02.02
引用本文: 王敦显, 张想想, 陈文学, 等. 基于弹性波CT与GPR的岩体综合病害识别及三维地质建模[J]. CT理论与应用研究, 2022, 31(2): 149-162. DOI: 10.15953/j.1004-4140.2022.31.02.02
WANG D X, ZHANG X X, CHEN W X, et al. Comprehensive disease identification and 3D geological modeling of rock mass based on elastic wave CT and GPR[J]. CT Theory and Applications, 2022, 31(2): 149-162. DOI: 10.15953/j.1004-4140.2022.31.02.02. (in Chinese)
Citation: WANG D X, ZHANG X X, CHEN W X, et al. Comprehensive disease identification and 3D geological modeling of rock mass based on elastic wave CT and GPR[J]. CT Theory and Applications, 2022, 31(2): 149-162. DOI: 10.15953/j.1004-4140.2022.31.02.02. (in Chinese)

基于弹性波CT与GPR的岩体综合病害识别及三维地质建模

doi: 10.15953/j.1004-4140.2022.31.02.02
基金项目: 国家自然科学基金(深部地下结构随机声场与结构损伤智能识别(41974164))。
详细信息
    作者简介:

    王敦显:男,硕士,徐州市城市轨道交通有限责任公司高级工程师,主要从事城市轨道交通设计与管理,E-mail:184692501@qq.com

    宋雷:男,中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室研究员、博士生导师,主要从事深部地下工程特殊施工及其检测、监测理论的研究,E-mail:songlei@cumt.edu.cn

  • 中图分类号: P  315;P  631

Comprehensive Disease Identification and 3D Geological Modeling of Rock Mass Based on Elastic Wave CT and GPR

  • 摘要: 本文以地铁深基坑岩体边坡为研究对象,采用弹性波CT初步判断基坑岩体病害的类型及空间分布并辅以地质雷达进行验证;进而用分水岭算法分析弹性波CT获得的波速分布,以提取病害处的细部声速变化,圈定病害范围;在此基础上,以弹性波CT三维空间波速数据库的坐标信息为基础,结合分水岭算法得到的空间坐标信息获得建模数据库,导入GOCAD软件,经过处理分析建立三维地质可视化模型。本文所建立的岩体病害模型与地质钻孔、窥孔成像、现场观察等高度吻合。本文提出的岩体病害识别方法和建模技术可为岩体支护设计提供重要参考,可为城市地下工程水害防治提供地质依据。

     

  • 图  1  总体流程图

    Figure  1.  Overall flow chart

    图  2  项目地理位置

    Figure  2.  Geographical location

    图  3  钻孔布置图

    Figure  3.  Drilling layout

    图  4  弹性波CT数据采集系统

    Figure  4.  Elastic wave CT data acquisition system

    图  5  弹性波波形数据

    Figure  5.  Elastic wave shape data

    图  6  南北方向CT速度剖面图

    Figure  6.  CT velocity profile in north-south direction

    图  7  EKKO探地雷达测试系统

    Figure  7.  EKKO GPR test system

    图  8  雷达探测剖面图

    Figure  8.  Radar detection profile

    图  9  弹性波CT病害识别图

    Figure  9.  Elastic wave CT disease identification diagram

    图  10  地质雷达病害识别图

    Figure  10.  Geological radar disease identification

    图  11  南北方向速度剖面切片图

    Figure  11.  North-South velocity section

    图  12  速度剖面梯度图与分水岭图

    Figure  12.  Velocity profile gradient and watershed

    图  13  溶洞三维地质解释图

    Figure  13.  3D geological interpretation of karst cave

    图  14  溶洞钻孔摄像图

    Figure  14.  Video of karst cave drilling

    表  1  岩体病害三维空间位置

    Table  1.   3D spatial location of rock mass diseases

    序号X/mY/m深度/m
    R17.6~1013~156.8~8.5
    R27.8~106~810.8~11.2
    R38~1021~237~9
    R49~1018~2214.3~15.5
    R58~1023~2622~24
    F1(A)
    F1(B)
    2.41110
    2.4915
    下载: 导出CSV
  • [1] 李术才, 许振浩, 黄鑫, 等. 隧道突水突泥致灾构造分类、地质判识、孕灾模式与典型案例分析[J]. 岩石力学与工程学报, 2018,37(5): 1041−1069.

    LI S C, XU Z H, HUANG X, et al. Structural classification, geological identification, disaster pregnant mode and typical case analysis caused by water and mud inrush in tunnel[J]. Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2018, 37(5): 1041−1069. (in Chinese).
    [2] 王千年, 车爱兰, 郭强, 等. 孔内声波CT技术在软土地区地下溶洞调查中的应用[J]. 西北地震学报, 2011,33(S1): 335−339.

    WANG Q N, CHE A L, GUO Q, et al. Application of borehole acoustic CT technology in underground Karst cave investigation in soft soil area[J]. Northwest Seismological Journal, 2011, 33(S1): 335−339. (in Chinese).
    [3] 李高, 郑旭辉, 张宝君, 等. 基于弹性波CT技术的岩体破裂探测方法[J]. CT理论与应用研究, 2015,24(5): 681−688. DOI: 10.15953/j.1004-4140.2015.24.05.05.

    LI G, ZHENG X H, ZHANG B J, et al. Rock mass fracture detection method based on elastic wave CT technology[J]. CT Theory and Applications, 2015, 24(5): 681−688. DOI: 10.15953/j.1004-4140.2015.24.05.05. (in Chinese).
    [4] HU Y, ZHAO M Y, LIANG S. Research on detection standard of Karst roadbed grouting effect based on the geophysical methods[J]. Applied Mechanics and Materials, 2014: 3207.
    [5] 刘少虹, 潘俊锋, 秦子晗, 等. 基于电磁波CT探测的掘进工作面冲击危险性评价技术研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2017,36(S2): 4093−4101.

    LIU S H, PAN J F, QIN Z H, et al. Research on impact risk assessment technology of heading face based on electromagnetic wave CT detection[J]. Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2017, 36(S2): 4093−4101. (in Chinese).
    [6] 徐智勇, 王俊, 王时平. 井间电磁波CT在昆明地铁岩溶区地质勘察中的应用[J]. CT理论与应用研究, 2018,27(5): 617−626. DOI: 10.15953/j.1004-4140.2018.27.05.08.

    XU Z Y, WANG J, WANG S P. Application of cross well electromagnetic wave CT in geological survey of karst area of Kunming Metro[J]. CT Theory and Application, 2018, 27(5): 617−626. DOI: 10.15953/j.1004-4140.2018.27.05.08. (in Chinese).
    [7] 蔡连初, 缪念有. 利用地震波CT技术精细化探测隧洞间岩溶构造[J]. 大坝与安全, 2014,(1): 57−58, 62.

    CAI L C, MIAO N Y. Fine detection of Karst structure between tunnels using seismic wave CT technology[J]. Dam and Safety, 2014, (1): 57−58, 62. (in Chinese).
    [8] 刘超杨, 王波, 杨根兰. 基于克里金方法的岩体波速可视化模型研究[J]. 土工基础, 2017,31(1): 68−72, 88.

    LIU C Y, WANG B, YANG G L. Study on rock mass wave velocity visualization model based on Kriging method[J]. Geotechnical Foundation, 2017, 31(1): 68−72, 88. (in Chinese).
    [9] 张琦, 周杰, 周天喜. 基于弹性波CT技术的三维模型在岩溶发育区的应用[J]. 国土资源导刊, 2018,15(3): 90−96. doi: 10.3969/j.issn.1672-5603.2018.03.018

    ZHANG Q, ZHOU J, ZHOU T X. Application of three-dimensional model based on elastic wave CT technology in Karst development area[J]. Land and Resources Guide, 2018, 15(3): 90−96. (in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1672-5603.2018.03.018
    [10] 王启明, 车爱兰. 基于CT探测技术的不良地质构造三维网格模型重构方法[J]. 岩石力学与工程学报, 2019,38(6): 1222−1232.

    WANG Q M, CHE A L. 3 D mesh model reconstruction method of unfavorable geological structure based on CT detection technology[J]. Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2019, 38(6): 1222−1232. (in Chinese).
    [11] 王启明. 不良地质构造三维网格模型重构方法及工程应用[D]. 上海: 上海交通大学, 2019.

    WANG Q M. Reconstruction method and engineering application of 3D grid model of adverse geological structure[D]. Shanghai: Shanghai Jiaotong University, 2019. (in Chinese).
    [12] DIGABEL H, LANTUÉJOUL C. Iterative algorithms[J]. Biology and Medicine, 1978: 19.
    [13] BEUCHER S, LANTUÉJOUL C. Use of watersheds in contour detection[C]//International workshop on image processing, real-time edge and motion detection. CEET 1979.
    [14] 中华人民共和国国家标准编写组. GB 50021-2001岩土工程勘察规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2009.

    National Standard Compilation Group of the People's Republic of China. GB 50021-2001 code for geotechnical investigation[S]. Beijing: China Construction Industry Press, 2009. (in Chinese).
    [15] 马力. 工程弹性波CT质量检测与评价研究[D]. 荆州: 长江大学, 2018.

    MA L. Research on quality detection and evaluation of engineering elastic wave CT[D]. Jingzhou: Changjiang University, 2018. (in Chinese).
    [16] FENG X, REN Q C, LIU C, et al. Joint acoustic full waveform inversion of crosshole seismic and GPR data in the frequency domain[J]. Geophysics, 2017, 82(6): 1-76.
  • 加载中
图(14) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  178
  • HTML全文浏览量:  129
  • PDF下载量:  55
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-08-26
  • 网络出版日期:  2021-11-18
  • 刊出日期:  2022-04-01

目录

    /

    返回文章
    返回