任意各向异性三维直流电阻率巷道超前探测的并行Monte Carlo方法研究

批准号:
41674076
项目类别:
面上项目
资助金额:
70.0 万元
负责人:
吴小平
依托单位:
学科分类:
D0405.地磁学和地球电磁学
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘洋、杨军、刘元英、岳明鑫、曹文广、杨晓冬
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中文摘要
突水、透水事故是煤矿生产和岩溶地区交通隧道施工中极具危害的地质灾害,巷(隧)道掌子面前方含水构造超前探测是亟需解决的关键问题。直流电阻率法以其对低阻体反映敏感、分辨率高等优点在该领域得到广泛应用,并形成多种经验预测模型。然而实际地下结构复杂,异常大小不定且任意分布,目前由简单物理实验或数值模拟获得的预测公式不确定性较大。特别地,可能存在的电阻率各向异性使得这种不确定性更加难测,而迄今未见有各向异性情况下的超前探测研究。Monte Carlo(MC)方法用随机化思想解决非确定性问题。本项目基于任意各向异性电阻率三维非结构有限元数值模拟,建立各向异性条件下的超前探预测模型。引入MC方法随机生成大量各向异性三维复杂模型,进行有限元数值模拟并行计算,由各预测公式估计掌子面前方异常体距离,对估计结果统计处理,获得各预测模型准确度、可靠性及各向异性影响,为隧道超前探测准确性和可靠性定量化研究提供新途径
英文摘要
Water inrush and flood accidents in tunnel are most dangerous geological disaster in coal mine and karst area, advanced detection of water-bearing structures in the front of tunnel face is the key problem needed to be resolved.Due to its high resolution and sensitivity to the low resistivity body, the direct current (DC) resistivity method is widely used in the advanced detection with several empirical prediction models available.However, only simple subsurface structure is presently considered in physical experiment or numerical modeling, it is very uncertain whether the developed prediction models are accurate and reliable for the actual complicate subsurface structures with arbitrary size and distribution of anomalous body. Moreover, anisotropic resistivity effect has not been considered so far for the advanced detection in tunnel, which may cause a terrible uncertainty. Monte Carlo (MC) method is used to solve any problem having a probabilistic interpretation relying on repeated random sampling. In this study, a prediction model will be developed for the advanced detection under the condition of arbitrary resistivity anisotropy, on the base of three-dimensional (3D) DC anisotropic resistivity modeling using finite elements (FE) on unstructured grids. We use parallel Monte Carlo method for the design of huge number of random complicated 3D models with anisotropy and carry out 3D resistivity FE modeling for these random models. The statistics results of the prediction for advanced detection in tunnel are analyzed to evaluate accuracy and reliability for different prediction models and its anisotropic effect. Our study provides a new way of quantitative analysis for the advanced detection in tunnel.
突水、透水事故是煤矿生产和岩溶地区交通隧道施工中极具危害的地质灾害,巷(隧)道掌子面前方含水构造超前探测是亟需解决的关键问题。直流电阻率法以其对低阻体反映敏感、分辨率高等优点在该领域得到广泛应用,并形成多种经验预测模型。然而实际地下结构复杂,异常大小不定且任意分布,目前由简单物理实验或数值模拟获得的预测公式不确定性较大。特别地,可能存在的电阻率各向异性使得这种不确定性更加难测,而迄今未见有各向异性情况下的超前探测研究。本项目实现了任意各向异性电阻率三维非结构有限元数值模拟,国际上第一次建立起各向异性条件下巷道超前探预测模型及其准确性、可靠性的定量评价。各向同性和各向异性条件下的超前探数学预测模型对比表明,如果不考虑各向异性的影响,各向同性预测模型的结果将夸大了掌子面前方低阻含水断层的距离,造成实际巷道采掘过程中极大的透水危险。Monte Carlo方法用随机化思想解决非确定性问题,本研究引入Monte Carlo方法随机生成大量各向异性三维复杂模型,进行有限元数值模拟并行计算,由各预测公式估计掌子面前方异常体距离,对估计结果统计处理,获得各预测模型准确度、可靠性的定量评价,结果表明我们提出的预测模型准确度、可靠性是最好的。同时,关于掌子面前方低阻含水断层大小、各向异性大小对超前探测影响规律的讨论,显示了Monte Carlo方法应用于超前探测有非常重要的实际意义。本研究顺利完成了项目预定的各项目标任务,并取得一些对实际巷道采掘过程中突水灾害风险控制具有指导意义的成果。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Edge-based finite-element modeling of 3D frequency-domain electromagnetic data in general dispersive medium
一般色散介质中 3D 频域电磁数据的基于边缘的有限元建模
DOI:10.1007/s11600-019-00259-5
发表时间:2019-04
期刊:Acta Geophysica
影响因子:2.3
作者:Mingxin Yue;Xiaoping Wu
通讯作者:Xiaoping Wu
Prediction Model for Advanced Detection of Water-Rich Faults Using 3D Anisotropic Resistivity Modeling and Monte Carlo Methods
使用 3D 各向异性电阻率建模和蒙特卡罗方法高级检测富水断层的预测模型
DOI:10.1109/access.2021.3053861
发表时间:2021
期刊:IEEE Access
影响因子:3.9
作者:Daiming Hu;Xiaodong Yang;Mingxin Yue;Yong Li;Xiaoping Wu
通讯作者:Xiaoping Wu
3-D DC resistivity modelling with arbitrary long electrode sources using finite element method on unstructured grids
在非结构化网格上使用有限元方法对任意长电极源进行 3D 直流电阻率建模
DOI:10.1093/gji/ggx356
发表时间:2017-11
期刊:Geophysical Journal International
影响因子:2.8
作者:Jun Yang;Yuanying Liu;Xiaoping Wu
通讯作者:Xiaoping Wu
DOI:doi:10.1093/jge/gxaa002
发表时间:2020
期刊:Journal of Geophysics and Engineering
影响因子:1.4
作者:Guanqun Zhou;Yue Mingxin;Yang Xiaodong;Liu Shengdong;Wu Zhuo;Cao Yu;Wu Xiaoping
通讯作者:Wu Xiaoping
Observational evidence of anisotropic changes of apparent resistivity before strong earthquakes
强震前视电阻率各向异性变化的观测证据
DOI:10.1093/gji/ggx235
发表时间:2017-09
期刊:Geophysical Journal International
影响因子:2.8
作者:Jianguo Zhang;Xiaopng Wu;Xiaodong Yang;Wei Du;Mingxin Yue
通讯作者:Mingxin Yue
空间-地面-井中地震电磁一体化监测理论与应用研究
- 批准号:--
- 项目类别:--
- 资助金额:285万元
- 批准年份:2020
- 负责人:吴小平
- 依托单位:
任意各向异性三维激发极化非结构有限元数值模拟及其影响研究
- 批准号:41874084
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:63.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:吴小平
- 依托单位:
各向异性海洋可控源电磁三维数值模拟及其影响研究
- 批准号:41374076
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:80.0万元
- 批准年份:2013
- 负责人:吴小平
- 依托单位:
电阻率三维各向异性数值模拟及其探测应用研究
- 批准号:41074048
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:53.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:吴小平
- 依托单位:
复杂多相介质有效电导率模型- - 三维数值模拟和反演计算研究
- 批准号:40874034
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:45.0万元
- 批准年份:2008
- 负责人:吴小平
- 依托单位:
电磁三维数值模拟的多重网格方法
- 批准号:40674037
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:38.0万元
- 批准年份:2006
- 负责人:吴小平
- 依托单位:
矿物电导率补偿效应及其应用研究
- 批准号:40374025
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:30.0万元
- 批准年份:2003
- 负责人:吴小平
- 依托单位:
非平坦地形及复杂条件下电阻率三维快速反演研究
- 批准号:40004005
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:18.0万元
- 批准年份:2000
- 负责人:吴小平
- 依托单位:
国内基金
海外基金
