隧道地震超前地质预报的三维有限差分正演模拟

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2、位授予单位和日期成都理工大学（命月）笞轉委员会主庸於评巧人４養／違罕乂－＇．一＇，，读私，＇．ｒｆ＼户謝５年５月争茜心知．：常＊、，，＞‘？的詢，昨於．：＇，．二異（拓苗指，；詞俱转／．ｒ知Ａ庐灣輝雜，Ｖ；杳、就曲鱗４分类号１０６１６学校代码ＵＤＣ密级学号：２０１２０２０３３５成都理工大学硕±论文隧道地震超前地质预报的Ｈ维有限差分正演模拟朱夏乐指导教师姓名及职称雷宛教授申请学位级别硕±专业名称地球探测与信息技术

3、论文提交日期２０１５年５月论文答辩日期２０１５年６月学位授予单位和日期成都理工大学（年月）ＪＩ答辩委员会主席Ｗ评阅冰Ｉ化１誤坪２０１５年５月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加示注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写巧的研究成果，也不包含为获得成都理工大学或其他教一育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的人员对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签

4、名：來Ｉ京＾＇Ｚｏ／ｉ年／月Ｌ日学位论文版权使用授权书本挙仿论义作者完今了解成都理工大学有关保留，、使用学位论文的规定有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借綺。本人授权成都理工大学可Ｗ将学位论文的全部或部分内容编入有关数、汇编学位论文。据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名；來真和＞一ｆ学位论文作者导师签名：户户Ｃ方〇皆年＾月Ｌ日摘要隧道地震超前地质预报的三维有限差分正

5、演模拟摘要随着国民经济的快速发展与扩张，国家为了保证经济得到可持续的发展，开展了大量的基础交通建设工程。在经济良好发展的势头下，高速铁路和高速公路的修建取得了重大进展和成果。从最近几年的隧道修建速度和规模来看，铁路隧道和公路隧道以十分显著的速度在增长，特别是在高速铁路的建设工程之中，随着国家高速铁路发展战略的实施，高速铁路隧道修建数目也明显增多，长度也明显变得更长。隧道工程属于地下建筑工程，其围岩地质情况复杂多变：修建隧道的过程中，会遇到断层破碎带、岩溶、松散地层、孔隙软质泥土等等不良地质体。考虑到经济以及技术水平的限制，想要

6、在勘查设计阶段仅仅依靠地表的地质勘察工作就准确地查明上述不良地质体的状态、特性等，并且根据这些特性准确地预报出隧道开挖过程中可能会出现的不良地质体的位置、规模等特征是十分困难的。在这样的情况下，施工的盲目性会导致工程上的灾难。为了进行可靠的超前地质预报，在20世纪90年代初期，由瑞士安伯格测量技术有限公司研发出一套隧道地震超前地质预报系统——TSP（TunnelSeismicPrediction），利用反射波法地震勘探的原理，使得该方法具有反射波法地震勘探的各种优点：探测距离远，分辨率高、资料解释快等。并且在使用该方法进行隧道

7、探测工程的过程中，不会对隧道修建的进程造成较大的干扰，因此该技术在欧美以及日本等发达国家都得到了广泛的应用。但是在利用TSP进行探测的过程中，由于实际工作环境的复杂地质条件，使得地震波的传播与转化过程十分复杂，这往往导致TSP接收到的地震信号相对复杂。并且对于岩溶，由于不满足反射波地震勘探的基本条件，TSP的识别率不高。地震波数值模拟对认识和研究复杂地区，比如基于隧道的地震数据和成相有着重要的意义。在隧道地震中，较低的空间分辨率常常会导致解释出现模棱两可的情况，并且隧道施工噪音也会对采集到的数据产生一定的干扰。因此，适合隧道数

8、值模拟的方法，必须能够满足适用于基于隧道情况下的任意复杂地质条件、正确的处理隧道自由边界等要求。目前，用于地震波数值模拟的方法主要有两大类，射线追踪法和波动方程法。射线追踪法虽然符合TSP的高频情况，但是对于复杂的地质条件，并不那么适用。波动方程法中有限差分法和有限元法都是有