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钻爆法机械化施工隧道随钻地震波超前地质探测技术研究

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隧道建设（中英文） 2024年第4期44卷 617-632,I0005-I0020页

作者：李术才王鑫郭伟东田箴言石少帅山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061 山东大学齐鲁交通学院山东济南250061 山东大学未来技术学院山东济南250002

为适应我国隧道建设机械化、智能化、无人化发展趋势,围绕钻爆法机械化施工隧道,提出以凿岩台车破岩振动为震源的钻爆法机械化施工隧道随钻地震波超前地质探测技术。针对凿岩台车多震源连续激发带来的地震数据波场混叠、有效信息难以识... 详细信息

为适应我国隧道建设机械化、智能化、无人化发展趋势,围绕钻爆法机械化施工隧道,提出以凿岩台车破岩振动为震源的钻爆法机械化施工隧道随钻地震波超前地质探测技术。针对凿岩台车多震源连续激发带来的地震数据波场混叠、有效信息难以识别问题开展相关研究,提出VMD-SVD-RobustICA三臂混合先导信号分离方法与脉冲反褶积-小波域互相关地震记录重构方法,可实现三臂混合先导信号的分离与有效反射信号的提取。工程实践证明,利用凿岩台车搭载式无线高精度探测装备,该技术可初步实现“边钻边探”,降低预报环节对钻爆法机械化施工隧道正常施工带来的影响。最后,明确该技术目前存在的问题及解决思路。

关键词：钻爆法隧道机械化施工凿岩台车随钻震源超前地质预报

基于Burger’s蠕变模型的采矿车行驶海底稀软底质下陷研究

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海洋地质与第四纪地质 2024年第1期44卷 179-190页

作者：赵化淋孙永福贾超卫如春邓浩吴滔山东大学海洋研究院青岛266237 山东大学海洋地质与工程研究所青岛266237 国家深海基地管理中心青岛266237

在陆地矿产资源日渐枯竭的今天,深海矿产资源已成为全球各个国家争相开采与利用的焦点,深海采矿车是实现深海矿产资源开采的重要装备。海底稀软底质是一种承载力与抗剪强度极低的特殊底质,在采矿作业中,深海稀软底质的物理力学特性直接... 详细信息

在陆地矿产资源日渐枯竭的今天,深海矿产资源已成为全球各个国家争相开采与利用的焦点,深海采矿车是实现深海矿产资源开采的重要装备。海底稀软底质是一种承载力与抗剪强度极低的特殊底质,在采矿作业中,深海稀软底质的物理力学特性直接影响采矿车行走的稳定性。文章选取Burger’s接触模型作为深海稀软底质的本构模型,对某海域海底稀软原状土开展室内三轴试验,通过PFC3D颗粒流数值模拟实验对比实际三轴试验,对稀软底质的Burger’s蠕变模型进行参数标定,同时依据标定结果改变相应参数,针对5种不同底质条件的工况,建立海底采矿车的数字仿真模型,模拟各工况下采矿车在不同行驶速度时的下陷深度。结果显示,下陷深度会随行驶速度呈非线性变化,在一定范围内随着行驶速度的增大而减少并逐渐趋于稳定。同时结果还表明,该区域海底稀软底质具有更高的黏粒含量(38.1%~48.4%)、含水率(88.13%~137.79%)和压缩性(压缩系数:1.86~3.73 MPa^(-1),压缩模量:1.26~2.13 MPa),具有更低的密度(1.3~1.5 g/cm^(3))和强度特性(贯入阻力:0.19~1.32 N,黏聚力:3.7~6.9 kPa,内摩擦角:2.4°~3.9°),即承载力较低,蠕变性能较强。本研究在宏观上做了一般的探讨,为类似参数的稀软底质下海底采矿车的运行安全控制提供了较好借鉴与依据。

关键词：海底采矿车海底稀软底质 Burger’s蠕变模型 PFC3D颗粒流

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岩溶凹陷式露天矿山大流量涌水治理技术

煤炭科学技术 2024年第1期52卷 267-279页

作者：李海燕夏茂哲张锟张波孙怀凤赵国东韩俊飞刘功杰贺恩磊山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061 山东大学土建与水利学院山东济南250061 华润水泥广西控股运营部广西南宁530000

我国岩溶地质分布广泛,岩溶突涌水已成为石灰石矿山安全生产的巨大灾害与挑战。以广西某岩溶凹陷式露天矿山大流量涌水为研究对象,针对该矿山地质条件复杂、集中涌水量大、流速高等特点,利用岩溶发育特征、资料分析与地球物理探查等方... 详细信息

我国岩溶地质分布广泛,岩溶突涌水已成为石灰石矿山安全生产的巨大灾害与挑战。以广西某岩溶凹陷式露天矿山大流量涌水为研究对象,针对该矿山地质条件复杂、集中涌水量大、流速高等特点,利用岩溶发育特征、资料分析与地球物理探查等方法初步圈定矿山径流带区域;进一步通过钻探、跨孔CT和示踪联通试验等精准查找到矿山Y01特大涌水点岩溶管道的具体位置,在此基础上研究并实施了矿山涌水治理技术与工艺。研究表明:(1)针对复杂岩溶凹陷式露天矿山大流量、高流速的涌水特征,提出并实施了“非连续帷幕截流+关键通道探查与封堵+止浆垫控流降速”的岩溶矿山涌水综合治理体系。依据岩溶发育的不均匀性,提出了非连续帷幕封堵裂隙型涌水区域的思想;对大流量岩溶管道型集中涌水设计采用止浆垫控流装置,通过控流能有效降低关键过水通道内水流速度,为注浆材料的有效留存沉积和工程的成功封堵提供了重要条件。(2)关键孔联合注浆工艺是岩溶管道型涌水成功封堵的保证,关键孔是指直接揭露岩溶涌水管道或与涌水管道联通性极强并对注浆堵水起主要作用的钻孔。针对矿山Y01岩溶管道型特大涌水精准查找到2个关键孔,均在矿坑南部:一个是距涌水点直线距离约50 m的近距离钻孔(以下简称“近孔”),另一个是距涌水点直线距离约150 m的远距离钻孔(以下简称“远孔”)。现场采用近孔、远孔2个关键孔联合注浆工艺:近孔以粗骨料和自主研发的可控凝结新型材料进行注浆,远孔仅注水泥浆液;近孔粗骨料和新型材料既能降低管道内的水流速度为远孔浆液起到更好的留存沉积作用,又能作为封堵材料起到增强的功能,远孔因其离涌水点距离长、辐射范围广、浆液扩散充分而能确保封堵长度和效果。近孔、远孔协同配合同步注浆是封堵管道型大流量涌水的有效组合工艺。(3)涌水口止浆垫控流降速装置的合理有效调控,配合关键孔联合注浆工艺的同步实施,进一步确保了注浆浆液的有效快速留存和沉积,是岩溶地区封堵管道型大流量涌水的创新性技术和方法。项目实施后,彻底封堵矿坑内集中涌水量达7.12万m^(3)/d的Y01特大涌水点,实现总减水量8.43万m3/d(含非连续帷幕注浆封堵),保证了矿山的正常安全开采,大幅降低了抽排水费用,同时保护了周边环境和地下水资源,具有显著的经济效益和社会效益。研究成果可为我国矿山涌水灾害治理提供理论价值和经验借鉴。

关键词：岩溶地区涌水治理关键通道非连续帷幕控流降速

隧道不良地质识别:方法、现状及智能化发展方向

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地球学报 2024年第1期45卷 5-24页

作者：许振浩邵瑞琦林鹏李术才向航韩涛李珊山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061 山东大学齐鲁交通学院山东济南250061

随着隧道施工对于不良地质识别精度要求的不断提高以及人工智能技术的发展,融合多源信息的不良地质智能化识别已成为发展趋势。本文首先阐述了常见的6种隧道不良地质类型及其地质成因,回顾分析了隧道主要的不良地质识别方法及现状,详细... 详细信息

随着隧道施工对于不良地质识别精度要求的不断提高以及人工智能技术的发展,融合多源信息的不良地质智能化识别已成为发展趋势。本文首先阐述了常见的6种隧道不良地质类型及其地质成因,回顾分析了隧道主要的不良地质识别方法及现状,详细介绍了笔者在不良地质智能化识别方面的探索性研究:基于机器学习利用图像识别技术对隧道围岩岩性与裂隙特征进行智能识别;融合图像和光谱特征进行不良地质识别;将地化分析融入到传统的超前钻探中,融合随钻参数和地化信息进行不良地质随钻识别,既可以发挥超前钻探在感知岩体质量和地层信息变化方面的优势,又可以发挥地化分析在岩性和不良地质异常识别方面的优势;基于地质与物探联合反演进行不良地质识别,旨在实现掌子面前方不良地质体“形”(位置、形态、规模)和“性”(性质和类型)的精确识别。最后,对隧道不良地质智能化识别的发展趋势进行了展望。

关键词：不良地质识别光谱测试地化测试随钻技术联合反演

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复杂模型瞬变电磁三维FDTD正演软件开发

地球物理学进展 2024年

作者：孙怀凤胡杉杉柳尚斌陈磊赵歧刘东李雪峰山东大学地球电磁探测研究所山东省地质调查院山东大学岩土与结构工程研究中心

实际生产对瞬变电磁正演模型的复杂度提出更高要求。传统的时域有限差分算法(finite-different time-domain， FDTD)在建模方面采用模型文件的方式，仅可使用少量参数构建一些简单规则的模型，在构建复杂模型方面存在较大困难；同时由... 详细信息

实际生产对瞬变电磁正演模型的复杂度提出更高要求。传统的时域有限差分算法(finite-different time-domain， FDTD)在建模方面采用模型文件的方式，仅可使用少量参数构建一些简单规则的模型，在构建复杂模型方面存在较大困难；同时由于缺少可视化模块，无法快速对计算结果进行可视化展示。针对上述问题，本文基于GID平台开发了适用于时域有限差分算法的问题类型，实现软件前处理过程以及模型信息的格式化输出，并编写FDTD算法与GID的接口，实现模型信息读取、单元编号转换、发射源识别，从而完成正演计算以及后处理文件生成，形成一个集前处理、正演计算与后处理于一体的瞬变电磁复杂模型三维正演软件。本文详细介绍了整套软件的研发设计、实现方式及模块主要功能，通过对层状和三维垂直接触带模型进行模拟验证了软件的计算精度，最后设计一个复杂地形包含复杂形状目标体的模型进行建模和分析，结果表明该软件计算精度高，集成度高，具有较好的实用性，可实现瞬变电磁复杂模型三维正演。

关键词：瞬变电磁 FDTD GID软件复杂模型正演模拟软件开发可视化

基于时序参数分析的砂岩热储回灌特征变化研究——以山东临清市为例

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地质与勘探 2024年第3期60卷 610-621页

作者：刘东义杨霄韩鎏贾超齐树明王辉杨硕山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队(山东省地矿工程勘察院) 山东济南250014 山东大学海洋研究院山东青岛266237 山东大学海洋地质与工程研究所山东青岛266237

为促进山东省临清市地热资源循环利用,开展了地热水回灌工程。针对采暖期前与采暖期两种情形的回灌情况,监测了开采井及回灌井的水量、水温、水位及井口压力等,并基于时序参数分析了回灌能力及最大回灌量、开采井温度场、水质变化和回... 详细信息

为促进山东省临清市地热资源循环利用,开展了地热水回灌工程。针对采暖期前与采暖期两种情形的回灌情况,监测了开采井及回灌井的水量、水温、水位及井口压力等,并基于时序参数分析了回灌能力及最大回灌量、开采井温度场、水质变化和回灌堵塞程度。结果表明:本次施工的回灌井能够满足单井100%回灌,单井自然回灌量可达121~227 m^(3)/h;总体上开采井地热水温度表现为在供暖期上升、供暖末期下降的趋势;由于井位深度差别,在供暖期前后,开采井矿化度比回灌井分别高约45.34%和17.33%;经过一个供暖季的回灌,虽然在回扬过程中渗透系数有一定的改善,但仍由0.7699 m/s降至0.3254 m/s,有明显变小的趋势。

关键词：砂岩热储时序参数地热回灌地热开采特征临清市山东省

基于介观岩石图像深度学习的便携式岩性智能识别

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应用基础与工程科学学报 2024年第4期32卷 911-925页

作者：马文李珊赵新鹏郑艳伟于东晓林鹏王旭龙许振浩隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室山东济南250061 山东大学齐鲁交通学院山东济南250061 山东大学计算机科学与技术学院山东青岛266237

针对传统岩性识别依赖人工经验、主观性强、耗时耗力的问题,提出了一种基于介观岩石图像深度学习的现场岩性智能识别方法.采用卷积神经网络并结合迁移学习方法,构建了岩性识别模型.采用身份采样器以多样化的方式选择样本构建训练批次,... 详细信息

针对传统岩性识别依赖人工经验、主观性强、耗时耗力的问题,提出了一种基于介观岩石图像深度学习的现场岩性智能识别方法.采用卷积神经网络并结合迁移学习方法,构建了岩性识别模型.采用身份采样器以多样化的方式选择样本构建训练批次,保证了模型不会偏向数据量较多的样本,提高了推理的准确性.将经过训练的Pytorch模型转换成ONNX模型部署到便携式设备上,设计和开发了一款专用于岩性识别的软件.在此软件中,电子放大镜可用于拍摄介观岩石图像,实现了对岩石岩性的准确判识.研究结果表明,该方法的识别准确率最高可达99%,可满足地质调查人员在野外作业中快速获取岩石岩性的需求.

关键词：岩性识别深度学习人工智能图像识别模型部署岩石图像

黄、东海秋季水体溶解无机碳稳定同位素组成特征及其指示意义

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海洋地质前沿 2024年第8期40卷 96-98页

作者：李艳霞杨凌霄山东大学环境研究院青岛266237

0引言海洋是重要的碳汇,空气中的CO_(2)持续通过海-气界面被水体吸收,在降低大气CO_(2)含量的同时也导致海水酸化,由此也导致水体中溶解无机碳(DIC)的13C同位素组成逐渐偏负[1]。全球不同海域因为初级生产力、水团循环的差异,导致其δ^(... 详细信息

0引言海洋是重要的碳汇,空气中的CO_(2)持续通过海-气界面被水体吸收,在降低大气CO_(2)含量的同时也导致海水酸化,由此也导致水体中溶解无机碳(DIC)的13C同位素组成逐渐偏负[1]。全球不同海域因为初级生产力、水团循环的差异,导致其δ^(13)C组成差异显著。δ^(13)C也成为评估人为活动释放CO_(2)对海洋水体DIC影响程度的关键指标之一。

关键词：稳定同位素组成海洋水体溶解无机碳海水酸化初级生产力人为活动

基于等值反磁通电磁法的济南南部渗漏带浅层富水性探测研究

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应用基础与工程科学学报 2024年

作者：杨洋米家锋张衡黄敏张文艳山东大学岩土与地下工程研究院山东省煤田地质规划勘察研究院

等值反磁通瞬变电磁法因其具有浅层分辨率高、可实现免接地快速无损探测等优势，在工程与地质勘察中得到广泛应用。本文采用等值反磁通瞬变电磁法对济南南部山区某河道型重点渗漏带进行探测，旨在利用地下水与围岩之间的电性差异，评估... 详细信息

等值反磁通瞬变电磁法因其具有浅层分辨率高、可实现免接地快速无损探测等优势，在工程与地质勘察中得到广泛应用。本文采用等值反磁通瞬变电磁法对济南南部山区某河道型重点渗漏带进行探测，旨在利用地下水与围岩之间的电性差异，评估地层的岩溶发育及富水情况，并根据电性结果推测重点渗漏带的渗流方向。基于开源正演框架SimPEG分别做了双线圈源反向激发、单线圈源岩溶探测三维正演分析，结果表明双线圈源对地中心耦合场能量更加集中，提高了横向分辨率，但反向激发降低了感应二次场能量幅值，衰减完成时间变短，降低了其测深能力。基于研究区实测数据的反演结果，解译了研究区域地下0～150 m电性分布特征。探测结果显示，泉泸河道地层在标高+130 m以浅具有明显低阻特征，沿河道存在两处从地表向深层、从河道向周边漫延的低阻区，推断区内大气降水、地表水受山前沟谷地形的影响，汇入河道及地势低洼区转化为地表径流，部分在岩溶发育地段，沿着地层节理裂隙，入渗补给地下水。所获研究区电性特征与该区域水文地质情况相吻合，其中在河道中游，低阻带向西北延伸，得到了示踪试验的验证。说明等值反磁通瞬变电磁法浅层分辨率高，在大区域、复杂地形下开展浅层富水性探测适用性较强。

关键词：等值反磁通瞬变电磁法 SimPEG三维正演电阻率重点渗漏带岩溶地层富水性