钻孔雷达技术在孤石探测中的数值模拟研究
简论地质勘探中综合运用钻孔雷达与数字摄像的益处
简论地质勘探中综合运用钻孔雷达与数字摄像的益处[摘要] 随着经济发展、科技进步，人类认识自然和改造自然的能力不断增强。
通过新设备和新技术的应用，人类对于地层、地貌等的研究和探索也进入了一个新的时期。
地质勘探工作从深度到广度都有了新的拓展。
如何合理应用新技术和新设备，提高地质勘察的工作效率，增加勘察的准确性和完整性，是新时期我们应该思考的问题。
[关键词] 钻孔雷达；数字摄像；问题；结合；益处[abstract] with the development of economy, the progress of science and technology, human nature and the transformation of the nature and increased the capacity. Through the new equipment and the application of new technology, human for strata, geomorphology of research and exploration has entered a new phase. From the geological exploration depth to wideness had the new development. How to reasonably using new techniques and new equipment, improve the working efficiency of the geological survey, increase the accuracy and completeness of the survey, is the new period, we should consider the problem.[key words] drilling radar; Digital camera; Problem; Union; benefits在地质勘探工作中，利用传统的现场钻探手段在准确获知地质结构的空间特征以及周围岩体的地质信息方面还存在着一些局限性。
数值模拟技术在钻地武器研制中的应用
数值模拟技术在钻地武器研制中的应用【摘要】本文介绍了数值模拟技术在钻地武器研制中的应用。
首先探讨了数值模拟技术在武器研制中的重要性及方法。
接着详细讨论了钻地武器的设计与仿真，以及地下环境对其性能的影响。
然后分析了数值模拟技术在钻地武器性能优化和试验设计中的作用。
通过研究发现，数值模拟技术为钻地武器研究提供了有效的工具和方法，有助于提高武器的性能。
最后总结指出，数值模拟技术的发展对钻地武器研制具有重要意义，未来将有更广阔的应用前景。
数值模拟技术为钻地武器研究提供了重要支持，有助于武器的进一步发展和改进。
【关键词】数值模拟技术、钻地武器、研制、地下环境、性能优化、试验设计、发展、前景、工具、方法1. 引言1.1 研究背景数值模拟技术通过建立数学模型和计算方法，可以对钻地武器的设计、性能和作用过程进行准确模拟和分析。
在钻地武器的设计与仿真方面，数值模拟技术可以帮助工程师快速评估设计方案的效果，优化设计参数，降低研发成本。
地下环境对钻地武器性能的影响也是研究的重点之一。
数值模拟技术可以模拟地下介质的物理和力学性质，分析地下环境对钻地武器的效果和影响，为钻地武器研制提供重要参考。
数值模拟技术在钻地武器研制中的应用具有重要意义，有助于提高钻地武器的性能和效率，推动钻地武器技术的不断发展和创新。
1.2 研究意义钻地武器在现代战争中扮演着重要的角色，具有破坏力强、作战效果高等特点。
随着对钻地武器性能要求的不断提高，传统的试验研究手段已经无法满足其发展需求。
借助数值模拟技术在钻地武器研制中的应用具有重要意义。
数值模拟技术具有高效性和经济性的优势。
通过建立数学模型，可以快速准确地模拟钻地武器的工作原理和性能表现，避免了传统试验研究中所需的大量时间和人力。
在研制过程中，数值模拟技术可以有效降低成本，提高研究效率，加快武器的研发周期。
数值模拟技术可以帮助研究人员更好地理解钻地武器的工作机理，揭示其中的规律性。
通过模拟分析，可以深入探究地下环境对钻地武器性能的影响，为优化设计提供理论依据。
地震波跨孔CT探测孤石中直线与曲线追踪法的应用
地震波跨孔CT探测孤石中直线与曲线追踪法的应用郭云峰;胡晓娟;游敬密【摘要】孤石对于地下工程施工影响较大,采用地震波跨孔层析成像(CT)技术,精确探测出地下孤石的形态及分布情况可为施工方案提供科学依据、节约施工成本.通过对比分析层析成像中两种射线追踪法应用于孤石探测效果,进而提高孤石探测的精度.论文首先论述了两种射线追踪方法原理的异同点,当地下介质波速差异较大时,弯曲射线追踪更符合真实射线传播路径;再以实例验证说明,当地下介质均匀时,两种射线追踪法反演结果基本一致,当地下存在与周围介质波速差异较大的孤石时,采用弯曲射线追踪法反演结果具有更高的分辨率和精确度.【期刊名称】《工程地球物理学报》【年(卷),期】2015(012)003【总页数】6页(P361-366)【关键词】孤石;层析成像;直线追踪;曲线追踪【作者】郭云峰;胡晓娟;游敬密【作者单位】福建省地质灾害重点实验室,福建福州350002;福建省地质灾害重点实验室,福建福州350002;福建省地质灾害重点实验室,福建福州350002【正文语种】中文【中图分类】P631.4在地铁施工过程中，盾构机掘进过程中遇到孤石[1]，掘进施工将非常困难。
因此精确地探测出地下孤石的位置、分布范围及边界等能为设计合理的盾构施工方案提供科学依据。
孤石探测是一项仍处于发展阶段的重要研究课题 [2,3]。
目前，常用于孤石探测的物探方法包括地震波跨孔层析成像(CT)、常规电法勘探、瑞雷面波法、微动探测及探地雷达探测等。
其中地震波跨孔层析成像法(CT)在不损害测试对象的前提下，“透视”测试对象的外部及内部结构，具有分辨率高、可靠性好、图像直观和信息量大等特点，是常规技术所不及的[4]，可用于解决多种复杂的地质问题[5～8]。
采用地震波跨孔层析成像(CT)，依据不同介质的波速差异来精确圈定孤石分布区域，探明孤石的形态和边界等情况，为施工方案的设计提供科学依据，既节约施工成本，又提高工作效率。
微动探测技术在地铁盾构区间孤石探测中的应用
微动探测技术在地铁盾构区间孤石探测中的应用作者：彭明刚来源：《价值工程》2018年第27期摘要：福州地铁6号线滨～壶盾构区间在施工过程中遇到了孤石、基岩凸起等复杂地质问题，因孤石分布随机，且孤石形状大小和强度各异，若不提前查明并处理，会给盾构施工造成重大不利影响和安全隐患。
为此采用无损微动探测技术探测盾构区间范围内不良地质的分布情况，为盾构施工提供了依据和指导。
Abstract： In the construction process of the Bin-Hu shield tunnel of Line 6 of Fuzhou Metro，complex geologic problems such as solitary rocks and bedrock bulges were encountered. Because of the random distribution of solitary rocks， the shape and strength of the solitary stone are different. If not identifying and handling， it will cause major adverse effects and potential safety hazards for the construction of the shield. For this reason， non-destructive micro-motion detection technology was used to detect the distribution of bad geology within the shield range， which provided a basis and guidance for shield construction.关键词：微动探测；盾构区间；孤石探测Key words： micro-motion detection；shield zone；lonestone detection中图分类号：U452；P631 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）27-0198-020 引言近年来，在城市轨道交通建设中盾构施工技术应用愈加广泛，但在实际应用过程中面临的地质问题愈加突出，尤其是孤石、基岩面凸起等，这些不良地质体的存在，由于其存在较大的发育不确定性，无法在事前未雨绸缪的采取应对方案。
UWB雷达在矿山钻孔救援中的应用研究
UWB 雷达在矿山钻孔救援中的应用研究文虎1，2， 周博1， 郑学召1，2， 康玉国3， 蔡国斌1， 黄渊1， 丁文1（1. 西安科技大学 安全科学与工程学院，陕西 西安 710054；2. 国家矿山救援西安研究中心，陕西 西安 710054；3. 北京大地高科地质勘查有限公司，北京 100040）摘要：超宽带（UWB ）雷达探测技术可实现面向钻孔救援的矿井人体目标探测，但UWB 电磁波易受灾变矿井复杂环境影响，UWB 雷达回波信号易受到灾变矿井背景杂波、环境噪声影响，导致难以实现灾变矿井人体目标精准探测。
针对上述问题，介绍了基于UWB 雷达的井下目标探测场景及人体目标探测原理，分析了UWB 电磁波特性研究现状和UWB 回波噪声滤除方法研究现状。
总结了存在的问题：① UWB 电磁波在灾变矿井复杂环境中的传播特性需深入研究。
② 背景杂波产生原因尚未明晰，灾变矿井背景杂波与环境噪声滤除技术研究较少。
③ 面向钻孔救援的UWB 雷达人体目标探测技术仍需改进。
针对现有技术的不足，展望了面向钻孔救援的UWB 雷达井下人体目标探测技术的发展趋势：① 深入研究UWB 电磁波穿透传输关键表征参数对井下复杂环境特征的敏感程度。
② 构建适用于灾变矿井的背景杂波与环境噪声滤除方法。
③ 深入优化面向钻孔救援的UWB 雷达人体目标探测技术。
关键词：钻孔救援；UWB 雷达；人体目标探测；UWB 电磁波；传播特性；噪声滤除中图分类号：TD655 文献标志码：AResearch on the application of UWB radar in mine drilling rescueWEN Hu 1,2, ZHOU Bo 1, ZHENG Xuezhao 1,2, KANG Yuguo 3, CAI Guobin 1, HUANG Yuan 1, DING Wen 1(1. College of Safety Science and Engineering, Xi'an University of Science and Technology, Xi'an 710054, China ；2. Xi'an Research Center of National Mine Rescue, Xi'an 710054, China ；3. Beijing Dadi Hi Tech Geological Exploration Co., Ltd., Beijing 100040, China)Abstract : The ultra wideband (UWB) radar detection technology can achieve mine human target detection for drilling rescue. However, UWB electromagnetic waves are susceptible to the complex environment of catastrophic mines. The UWB radar echo signals are susceptible to the background clutter and environmental noise of catastrophic mines. It is difficult to achieve precise detection of human targets in catastrophic mines. In order to solve the above problems, the underground target detection scenarios and human target detection principles based on UWB radar are introduced. The research status of UWB electromagnetic wave characteristics and UWB echo noise filtering methods are analyzed. The existing problems are summarized as following points.① The propagation characteristics of UWB electromagnetic waves in the complex environment of catastrophic mines require in-depth research. ② The reason for the generation of background clutter is not yet clear. There is limited research on the filtering technology of background clutter and environmental noise in catastrophic mines.③ The UWB radar human target detection technology for drilling rescue still needs to be improved. In response to收稿日期：2023-03-30；修回日期：2023-05-26；责任编辑：胡娴。
井间电磁波CT技术在地下孤石探测中的应用
井间电磁波CT技术在地下孤石探测中的应用朱亚军;龙昌东;杨道煌【摘要】在地铁隧道的挖掘工作中,孤石对盾构机的施工危害很大.为了解决这个问题,必须要确定孤石的空间位置和形态大小分布.因此,在了解孤石所在地层的电性参数基础上,运用井间电磁波CT方法对南方某轨道地铁交通1号线特定区域进行了孤石的探测工作.通过ART方法的反演结果与实际钻孔验证信息进行对比,表明电磁波CT方法在孤石大小、空间分布方面基本与验证的钻孔资料一致,共查明了孤石14处.该成果说明,在地铁隧道挖掘工作中,井间电磁波CT技术对于探明地下孤石空间分布具有很好的指导作用.【期刊名称】《工程地球物理学报》【年(卷),期】2015(012)006【总页数】5页(P721-725)【关键词】电磁波;CT技术;探测;孤石【作者】朱亚军;龙昌东;杨道煌【作者单位】江苏省地质勘查技术院,江苏南京210008;中国地质大学地球物理与空间信息学院,湖北武汉430074;中国地质大学地球物理与空间信息学院,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】P631.3电磁波层析成像(CT)技术以其分辨率高的特点而主要用于精细构造和目标的探测。
其研究始于20世纪的80年代，是借鉴医学上CT技术而发展起来的一门科学技术[1]，它是基于电磁波在介质中传播时，不同介质的吸收程度差异来反演、重建空间各区域吸收系数的分布来了解研究区域的地质结构信息。
尽管发展时间很短，但是由于勘测精度高、轻便、高效、受震动干扰小等优点[2,3]，井间电磁波CT在城市工程物探中具有很大的优势。
主要应用于工程对溶洞、裂隙的探测上，并取得了很好的效果[4-9]。
在目前的地铁隧道挖掘工作中，盾构机扮演着开路者的重要角色。
尽管盾构机工作效率很高，但其工作的对象是主要土，而对于坚硬的岩石却无能为力。
在实际工作中，通常称发育在残积土、基岩风化带等第四纪土质中，粒径大小在几十厘米到几米之间，形状各异的岩石为孤石[10]。
数值模拟技术在钻地武器研制中的应用
数值模拟技术在钻地武器研制中的应用随着科技的不断进步，钻地武器已经成为了现代战争中不可或缺的一部分。
钻地武器不仅可以有效地摧毁敌方目标，而且可以在相对较小的范围内造成极大的破坏。
对钻地武器进行科学、精准的研制是国防领域中的重要课题。
由于钻地武器的复杂性和危险性，传统的试验验证方法已经无法满足现代战争对高效、精准的要求。
在这种情况下，数值模拟技术的应用成为了钻地武器研制中的一大亮点。
本文将从数值模拟技术在钻地武器设计、性能评估、优化等方面的应用进行探讨。
钻地武器的设计是决定其性能的关键。
传统的试验验证方法需要大量的成本和时间，而且往往无法全面反映出武器的各种工作状态。
数值模拟技术的应用成为了钻地武器设计的重要手段。
1. 流场模拟2. 应力分析钻地武器在穿透地下目标时，受到了复杂的应力作用。
传统的试验验证方法需要在地下目标中进行实验，而且难以对复杂的应力分布进行精确的测定。
而数值模拟技术可以建立精确的有限元分析模型，通过计算机仿真实验得出武器在不同工作状态下的应力分布情况。
通过对应力分析的模拟，设计者可以对武器的材料和结构进行优化，提高其抗压能力和穿透深度。
2. 穿透深度模拟1. 多参数优化钻地武器的优化往往涉及到多个参数的优化。
传统的试验验证方法需要对每个参数进行多次试验，而且往往难以对参数之间的相互影响进行深入分析。
而数值模拟技术可以通过建立精确的多参数优化模型，通过计算机仿真实验得出武器在不同参数组合下的性能数据。
通过对多参数优化的模拟，设计者可以找到最优的参数组合，提高武器的综合性能。
2. 系统集成优化数值模拟技术在钻地武器研制中有着广泛的应用前景。
随着计算机技术的不断发展和仿真软件的不断完善，数值模拟技术将会进一步成为钻地武器研制中不可或缺的重要手段。
在今后的研究中，我们需要不断探索数值模拟技术在钻地武器研制中的应用，为提高我国的国防科技水平作出更大的贡献。
孤石地面探测及处理技术研究
孤石地面探测及处理技术研究摘要：孤石素有盾构掘进“拦路虎”之称，为了解决广州地铁建设中遇到的在孤石复杂地质条件下的盾构施工难题，本文以广州地铁六号线二期[暹岗 ~香雪]盾构工程为研究背景，从孤石勘探技术、孤石处理技术方面进行了实践研究，取得了良好的效果。
关键词：孤石；孤石探测；孤石处理引言在地铁建设中会遇到许多不良地质。
如富水砂层、上软下硬地层、孤石、溶洞等，这里所讲的“孤石”是一种花岗岩地层中就不同程度的分布着花岗岩球状风化体。
孤石强度很高，与周边风化土体性质差异大，造成盾构施工异常困难。
全面掌握孤石的分布情况，研究孤石处理方法，是确保盾构顺利穿越孤石地层的关键。
本文以广州地铁六号线二期[暹岗~香雪]盾构工程孤石处理为研究背景。
1．工程概况广州地铁六号线二期[暹岗~香雪]盾构工程位于广州市萝岗区，线路主要沿开创大道由西向东行进。
隧道覆土在8.7m～20.9m之间，洞身主要在<4N-2>、<5H-2>、<6H>地层中通过，局部位置穿过<3-1>、<3-2>、<3-3>砂层及<9H>微风化花岗岩。
其中在<5H-2>、<6H>地层中容易发育球状风化孤石，如图1所示。
图 1隧道孤石剖面图2．盾构掘进孤石地层风险分析盾构机掘进孤石地层时，主要存在以下风险：（1）盾构机掘进速度异常缓慢，刀盘会受到较大的瞬间荷载冲击，掘进参数波动大，扭矩波动最为明显，姿态难以控制，易卡刀盘，损坏刀具和刀盘，严重时会损坏盾构主轴承，造成盾构长时间停滞。
（2）掘进时由于周边土体软弱，对周边地层扰动较大，容易多出土造成超挖，有出现地面沉降的风险，威胁周边地面建筑物及地下管线安全。
3.补充钻探孔探测孤石方案概述为了尽量摸清孤石的情况，设计了补充钻探探测“孤石”方案，并根据设计资料和现场调查研究的结论选择了钻探区域：分为“孤石”出现可能性最大的重点探测区、“孤石”出现可能性很大的重点探测区及“孤石”出现可能性较大的重点探测区三种类型。
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四、选题的研究目标、研究内容和拟解决的关键问题
拟解决的关键问题：深圳典型孤石模型的钻孔雷达的时间剖面异常特征与最佳 探测频率；钻孔雷达层析成像技术对典型孤石模型反演成像的有效性与分辨率。
五、拟采取的研究方法、实验方案、可行性分析
研究方法： 1、根据深圳地铁已开挖的孤石建立几种不同井间距、不同孤石规模、不同孤 石埋深的典型孤石模型； 2、对典型孤石模型进行不同频率的钻孔雷达正演数值模拟，研究与分析孤石 的时间剖面异常特征（走时与振幅衰减情况）； 3、对孤石模型进行反演层析成像，研究钻孔雷达技术用于孤石探测的可行性 和有效性。 实验方案： 1、建立小井间距（5~10m）、孤石规模比较大（直径2~3 m）、埋深浅 （2~3m）的模型，用基于时域有限差分的GprMax软件对其进行跨孔方式的数值 模拟，研究与分析不同频率的钻孔雷达波的时间剖面异常特征。 2、编程实现基于直射线的ART、SIRT、CG层析成像算法，对简单模型进行 走时与振幅衰减层析成像； 3、建立符合实际情况的模型，井间距20m，埋深10~15m，孤石规模（直径 1~4m），包含单个孤石模型和多个孤石模型。对其进行钻孔雷达反演层析成像， 研究钻孔雷达技术用于孤石探测的可行性和有效性。
二、钻孔雷达技术的国内外研究现状
从20世纪30年代开始，地质雷达最初被用来探测冰川的厚度，直到70年代后 期，人们把雷达放入钻孔中对钻孔周围进行扫描探测，并形成了钻孔雷达系统
钻孔雷达层析成像原理
二、钻孔雷达技术的国内外研究现状
1978年，Rubin,Flower和Marino等在辉绿岩中进行了钻孔雷达的实验，采用的 脉冲雷达系统包括跨孔和单孔雷达系统。 1983年Nickel等曾在盐丘中进行单孔脉冲雷达的实验，而在跨孔测量时，使用 连续波（Continuous-Wave）系统 2001年Bellefleur用单孔和跨孔GPR方法调查了加拿大Sudbury地区地下130米 深处石英闪长岩中硫铁矿的分布状况，为采矿提供开挖方案。 2001年加拿大采用单孔反射探测的方法探测地下420m处钻孔周围的岩石裂隙 性状，这是近些年来钻孔雷达单孔反射探测的一个重要的软件——GprMax，可以进行雷达波的时域有限差分的数值 模拟。该软件是英国爱丁堡大学的Dr Antonis Giannopoulos编制的；可以用 该软件进行正演模拟得到数据，再用Matlab接口程序处理数据得到图像。
在反演、层析成像方面，目前本人已经做了3×3、 10×10网格模型 的层析成像数值试验，取得了不错的效果。
存在的问题：孤石的规模小（直径1~3 m），钻孔间距比较大（15~20 m），探 测区域的埋深大（15~20 m）。大多数的地球物理方法很难分辨孤石的异常。成 功用于孤石探测的地球物理方法的案例未见报道。
四、选题的研究目标、研究内容和拟解决的关键问题
研究目标：对孤石模型进行钻孔雷达的FDTD正演数值模拟，研究与分析孤石 的钻孔雷达时间剖面异常特征（旅行时与振幅特性），在此基础上，研究钻孔地 质雷达层析成像法的基本原理、方法与技术，编程实现跨孔方式钻孔雷达走时与 振幅衰减层析成像，对深圳地铁孤石模型进行反演成像，探讨研究钻孔雷达层析 成像法对孤石探测的可行性和有效性，为深圳地铁勘察提供技术服务支持。
研究内容：
1、研究钻孔雷达层析成像的基本原理与方法； 2、编程实现钻孔雷达的FDTD数值模拟正演与反演成像程序； 3、研究与实现钻孔雷达的走时层析成像、振幅衰减层析成像方法技术 （ART、SIRT、CG算法）； 4、对深圳孤石模型进行正演模拟与反演成像，探讨研究钻孔雷达层析成 像法对孤石探测的可行性和有效性；
与国外相比，我国有关钻孔雷达的应用研究起步较晚， 最早的是在1998年12 月，中国矿业大学对范各头区奥陶系灰岩进行了单孔雷达反射探测研究，用于 深部岩层岩性评价和地质异常体探测。 1999年，中国矿业大学宋雷、黄家会等采用钻孔雷达对地下深部的溶洞、裂 隙等进行探测，并对其探测结果做了速度层析成像和衰减层析成像。 2005年，核工业北京地质研究院在甘肃北山1号孔中使用钻孔雷达进行单孔 反射法探测，实验证明钻孔雷达能够探测岩体中裂隙的延伸情况。 2009年，吉林大学周峻峰做了钻孔雷达探测金属矿的数值模拟
钻孔雷达层析成像法及其在孤石探测中的 应用研究
姓 名： 张 海 指导老师：师学明（教授）
2012.5.10
一、选题来源、目的与意义
选题来源： 本课题来源于导师师学明教授和深圳市市政设计研究院合作的孤石探测项 目。
选题目的与意义： 研究钻孔地质雷达层析成像法的基本原理、方法与技术，编程实现跨孔探 测方式的钻孔雷达走时与振幅衰减层析成像，对深圳地铁孤石模型进行数值模 拟，探讨研究钻孔雷达层析成像法对孤石探测的可行性和有效性，为深圳地铁 勘察提供技术服务支持。
三、孤石探测的研究现状
目前孤石探测主要是靠加密钻探，广州地铁和深圳地铁均有过采用加密钻探方 法进行孤石勘察的工作经验
广州地铁针对孤石问题，开展了孤石地球物理勘探试验和专题研究。选用了包 括瞬变电磁法、地质雷达法、地震映像法，跨孔回声法、跨孔超高密度电法CT和 跨孔地震CT等10余种物探方法。最后的结论是只有跨孔超高密度电法CT和跨孔地 震CT孤石勘探具有一定的效果。
六、选题的创新点
钻孔雷达作为一种比较新的技术，在国内的应用还不广泛；将钻孔雷达技 术与孤石探测结合起来，目前还未见文献报道。
谢 谢！
欢迎老师和同学们指导！