地震波法隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)用GMA可控震源研究.pdf

1、隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)對于減少隧道施工過程中因?yàn)閷η胺讲涣嫉刭|(zhì)體情況不明而造成的巨大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失具有重要意義，地震波法是眾多隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)方法中最常用的方法。超磁致伸縮換能器(GMA)作為地震波激振震源已經(jīng)較廣泛地應(yīng)用于巖土和水聲工程，但是現(xiàn)有應(yīng)用均是利用GMM在脈沖電壓作用下產(chǎn)生瞬時(shí)機(jī)械沖擊脈沖從而向外發(fā)射地震波的，這種方法被證明余震大、功率低。為了克服以上弊端，本文將GMA作為能夠輸出頻率和相位均可控制的掃描地震波信號的可控震源，

2、用于地震波法隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。地震波信號無余震，分辨率高，且輸出能量大，從而增大了探測距離。
　　本文根據(jù)地震波法隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)對可控震源輸出地震波信號能量、頻率以及相位的要求，對GMA可控震源的換能器部分和控制驅(qū)動系統(tǒng)部分進(jìn)行了研究，主要工作包括以下幾點(diǎn):
　　(1)根據(jù)可控震源輸出高能量地震波信號的要求設(shè)計(jì)了GMM棒的尺寸，提出使用多根GMM棒并聯(lián)的形式;利用有限元分析軟件ANSYS對GMA多根棒組成的磁回路進(jìn)行了設(shè)計(jì)

3、、仿真和優(yōu)化，提高了GMA磁回路的電磁轉(zhuǎn)化率、GMM棒磁場能以及GMM棒磁場強(qiáng)度分布的均勻性。
　　(2)建立了多根棒并聯(lián)GMA磁機(jī)轉(zhuǎn)化過程的數(shù)學(xué)模型;探究了機(jī)械滯后與機(jī)械驅(qū)動部分參數(shù)——板簧剛度、負(fù)載質(zhì)量、負(fù)載阻尼的關(guān)系，從減小GMA機(jī)械滯后和提高GMA的動態(tài)特性方面對這些參數(shù)利用線性加權(quán)法進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化;利用有限元的方法對機(jī)械驅(qū)動部分的關(guān)鍵部件板簧的結(jié)構(gòu)和尺寸進(jìn)行了設(shè)計(jì)，使之滿足剛度和許用強(qiáng)度要求。
　　(3)根據(jù)地震

4、波法隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)可控震源對地震波信號高能量以及相位和頻率可控的要求，選擇半橋斬波逆變電路作為GMA的功率驅(qū)動系統(tǒng)，采用工控機(jī)加Ether MAC兩軸控制卡作為GMA的控制系統(tǒng);利用VS2008編程軟件編寫了工控機(jī)控制程序?qū)敵龅卣鸩ㄐ盘栠M(jìn)行控制;建立了控制驅(qū)動系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，為控制策略的研究提供了基礎(chǔ)。
　　(4)根據(jù)地震波法隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)可控震源對地震波信號相位的高精度控制要求，對消除或減小GMA系統(tǒng)遲滯非線性的控制策略進(jìn)