隧道电法探测电极的面极化特性研究

摘要

随着我国国民经济的高速发展，需要建设大量的公路、铁路隧道。TBM(全断面隧道掘进机)因其掘进速度快、围岩扰动小、施工质量好等特点，应用越来越广泛。而隧道施工过程中会遇到断层、滑坡、溶洞和岩爆等情况，造成极大安全危害，因此必须及时发现隧道前方不良地质体，采取措施保证施工安全。
　　BEAM（Bore-tunneling electrical ahead monitoring）是专为TBM开发的一种在线超前地质探测方法，但是，BEAM法中刀盘金属既是供电电极也是测量电极，此时电极与地质体之间存在的界面极化作用，会叠加到地质体所产生的极化上，掩盖了地质体真实的极化。
　　要提高BEAM法前探的灵敏度，就要测量并扣除供电电极的界面极化电压。为解决金属电极与泥状岩土材料之间的界面极化电压的测量问题，本论文提出了一种外推法界面电压测量原理与装置，并探讨了频率、测量电极材料、供电电极材料、电流密度、含水量等因素对界面极化的影响。
　　实验测试结果表明，该方法能够准确测出泥状岩土与金属电极之间的界面极化电压。在0.1～100Hz的频率范围内，激发极化效应受外界影响因素小，重现性好。不同材料的测量电极对介质极化和界面极化没有影响。不同材料的供电电极，界面极化有较大差异，对体极化无影响，其界面极化的顺序为：2A12铝＞H62铜＞Q235C钢≈Q235A钢≈45＃钢。电流密度对介质体极化影响很小，界面电压随电流密度增加而增大。界面电压随着含水量的增加而增大，含水量为40％时界面电压达到最大，随后随着含水量的增加而减小，含水量大于50%时，界面电压基本稳定。
　　当泥状岩土中含有木炭或水洞等异物时，将泥状岩土与供电电极之间的界面极化电压从总电压中扣除后，可以明显提高体极化率测量灵敏度，因此，该方法对实际BEAM法超前探测中灵敏度的提高具有一定的参考价值。

目录

声明

1 绪论

1.1 隧道超前地质探测进展

1.2 BEAM超前地质探测

1.3 岩矿石的激发极化

1.3.1 粘土矿物简介

1.3.2 阳离子交换特性

1.3.3 激发极化法简介

1.3.4 岩矿石的激发极化机理

1.4 激发极化特性参数

1.4.1 时间域激发极化法

1.4.2 频率域激发极化法

1.5 界面极化的测试方法

1.6 研究课题的意义及内容

2 实验部分

2.1 界面极化测试系统的构建

2.2 测试原理

2.3 测试装置

2.3.1 试样盒

2.3.2 供电电极

2.3.3 测量电极

2.4 样品选取及预处理

2.4.1 含水量确定

2.4.2 样品填装

2.5 极化性能评价

2.5.1 极化参数计算

2.5.2 误差分析

3 结果与讨论

3.1 界面电压的外推测量

3.2 各种因素对界面极化的影响

3.2.1 频率的影响

3.2.2 电流密度的影响

3.2.3 供电电极对面极化效应的影响

3.2.4 测量电极影响

3.2.5 含水量对面极化效应的影响

3.3 地质异常体存在的影响

4 结论与展望

致谢

参考文献

硕士期间发表的论文