復雜結構聲波電磁波層析成像方法和應用研究.pdf

1、聲波和電磁波探測技術在水電、鐵路、煤炭、石油及建筑等領域中作為工程地質勘查、巖體工程穩(wěn)定性研究、工程質量無損檢測、工程安全評價等方面的一種重要技術手段發(fā)揮了非常重要的作用。實際大型工程地質探測的特殊性要求探測儀器和數據處理方法能夠適應大尺度復雜結構體的高分辨率探測。基于此，在聲波探測儀器、聲波層析成像正反演算法和實際探測應用以及電磁波衰減時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、點分析了目前聲波、地震波射線追蹤算法的發(fā)展現狀，指出了開展三角網射線追蹤研究的意義。針對礦井電磁波透視存在的問題，指出了在頻域內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儀的系統(tǒng)組成、性能指標及大功率超磁聲波換能器的結構和特點；其次詳細敘述了儀器采集系統(tǒng)的信號采集、顯示及信號處理等各項操作功能；最后給出了在頂煤厚度探測和大跨度混凝土結構無損檢測中的應用實例。
　　第3章圍繞著二維復雜區(qū)域的三角剖分，根

3、據剖分區(qū)域點、線、面的拓撲關系，遵循Delaunay三角剖分的優(yōu)化準則實現了適合復雜二維區(qū)域特點、地球物理正反演要求的三角網剖分算法，并且在生成節(jié)點和網格的同時，考慮了密度控制函數，實現了自適應功能。
　　第4章提出并研究了復雜結構三角網射線追蹤全局算法。在第2節(jié)定義了三角單元射線追蹤的拓撲關系及相關概念；從波前鄰域點最小走時計算及相應次級源的選定、波行面擴展和波傳播路徑的向源檢索三個方面論述了節(jié)點次級源近似全局算法；實際次級源檢

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果，并對二水平層介質模型的理論計算結果與數值模擬結果進行了比較。
　　第5章敘述了聲波層析成像的基本理論，討論了基于三角網的射線層析成像圖像重建技術。對不規(guī)則區(qū)域內含有薄板低速子域和圓狀低速子域的復雜結構模型進行了層析反演數值模擬，詳細給出了7次迭代過程的射線追蹤結果和層析反演速度分布結果。數值模擬結果表明，三角網射線層析成像方法具有復雜區(qū)域適應性強、速度界面描

5、述靈活、分辨率高、成像結果更接近實際結構形態(tài)特征的顯著特點。
　　第6章給出了大透距聲波層析成像技術在煤層底板破壞深度和大跨度混凝土結構工程質量檢測方面的試驗研究成果。在第1節(jié)介紹了采場底板巖層移動破壞規(guī)律及底板破壞的波場響應特征；給出了底板破壞聲波層析成像探測的觀測方案和探測成果；詳細分析了底板巖體聲波速度在時間和空間上隨工作面推進的動態(tài)變化過程，準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的混凝土結構體的縱波和