隧道电法探测电极的面极化特性研究

发布时间：2020-06-17 00:06

【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。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U452.11;P631.3
【图文】：

探测系统,地质体,视电阻率,激发极化

图 1-1 BEAM 超前地质探测系统图Figure 1-1 The schematic presentation of BEAM focused induced polarization体的电化学性质不同，激发极化响应也不同。在探测过程中，BEAM f1和 f2的低频交流电流通入地质体中，得到地质体的视电阻率 ρ 和比等参数。视电阻率 ρ 和频率效应百分比 PFE 按以下公式进行计算视电阻率ρ 反映了不同地质体的电学特性，PFE 值代表了地质体极化1 21-= 100%f ffPFE 111=KfffUI 121=KfffUI

示意图,四极法,地质体,激发极化

法和两极法是激发极化勘探中常用的两种装置，如图 1-2 所示。四极法 A、B 向地质体通入电流，在地质体中产生激发极化响应，测量电极体的电信号，分析极化规律。两极法中供电电极 A、B 发出电流的同极采集电信号，获得地质体激发极化特性。四极法测试装置相对复杂对土壤造成扰动，测量电极在土壤中的埋深不同也会造成测量结果差然操作相对简便，但由于电极与地质体之间存在接触电位，其测量结的极化，也有地质体的极化信息[43-44]。

【参考文献】