一种针对喀斯特地貌竖向串状溶洞地质基于钻孔数据与管波探测相结合的建模新方法与流程

1.本发明是一种勘探数据处理方法，尤其涉及一种针对喀斯特地貌竖向串状溶洞地质基于钻孔数据与管波探测相结合的建模新方法。


背景技术：

2.喀斯特地貌主要是指石灰岩受到地下水的溶蚀作用和伴随的机械作用形成的各种地貌。在水的作用下，该种地貌区域往往存在着各种大小不一的溶洞，形象的称为“串状溶洞”。在喀斯特地貌区域工程建设过程中，溶洞的存在会引起建筑地基失稳、建筑物下沉或者倒塌等风险，因此必须对地下溶洞情况进行探明并进行对应的处理，如注浆加固。
3.目前针对喀斯特地区溶洞的探测方法常采用钻芯法，钻芯法是一种直观有效的探测方法，但是其成本高昂、探测范围有限；管波探测法作为新兴的一种探测方法目前越来越收到重视，该种方法主要原理为在填充满液体的孔内采用发生探头发射低频、高能量的脉冲信号，发射探头产生振动与孔液作用，将在孔液与孔壁上产生管波，管波传播一段距离后，随着地质情况的变化会产生反射波，反射波被同步位于发射探头附近的接收探头所接收并通过电子记录仪输出管波探测时间剖面图，对管波探测时间剖面图进行分析，即可获得钻孔附近的溶洞分布情况。
4.但是在喀斯特地貌竖向串状溶洞地质进行管波探测时，由于该种地貌存在大小不同的溶洞，常常导致管波探测结果紊乱，不能够根据管波探测结果准确有效的推测出所属孔位附近的地层分层情况，而钻孔法检测则较为直观可信，但是只能代表该孔位地质结果，因此有必要研发一种针对喀斯特地貌竖向串状溶洞地质基于钻孔数据与管波探测相结合的建模新方法，提高地层分层准确性、降低误差。


技术实现要素：

5.本发明的目的，在于提供一种针对喀斯特地貌竖向串状溶洞地质基于钻孔数据与管波探测相结合的建模新方法，具有分层准确、误差小和效率高等突出优势。
6.本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：
7.s101，划分工程分区：
8.所述划分工程分区包括对待检测地区进行划分区域，规划钻孔数量以及位置；将工程现场分为相互独立的若干区域，分区的原则根据地质相近原则；钻孔的数量n计算公式如式(1)所示；
9.n＝roundup[(6a+4b+2c)
·
η] (1)
[0010]
式中，n为钻孔数量，roundup为向上取整函数，a为一级高层建筑数量，b为二级高层建筑数量，c为除去一层二层建筑外其余建筑数量，η为加密系数，取1.5～2.5；所述钻孔位置的规划规则为：当建筑物为平面时，按照双排布设，为不规则形状时，按照突出部位角点和中心点布设。
[0011]
s102，钻孔数据处理：
[0012]
所述钻孔数据处理包括统计每个钻孔的地质分层情况以及特殊地质情况，特殊地质情况如溶洞、土洞等，均采用统一的三级编码方式进行编码以便于计算机编程分析；所述三级分类编码主要包括信息为深度、岩层或者土层类别判别结果以及特殊地质情况。
[0013]
s103，管波探测：
[0014]
所述管波探测包括，在钻孔位置钻孔作业完成后进行管波探测工作，获得管波探测结果。
[0015]
s104，管波探测结果处理以及分层：
[0016]
所述管波探测结果处理以及分层包括对管波探测结构的不同深度的测线波速信息和特殊地质信息进行提取，并将管波探测法提取数据以矩阵形式存储于计算机内，通过计算机编程识别管波探测法不同深度测线的波速并判别所述深度岩层或土层类别以及特殊地质情况；利用管波波速在不同地层情况下波速会产生明显差异的特点，进而通过计算机编程分析矩阵数据中不同深度的波速值，利用加权k-mean聚类算法，将管波探测数据进行岩层或土层类别分层。
[0017]
s105，建立地质模型：
[0018]
所述建立地质模型包括：根据加权k-mean聚类算法结果，采用编程软件，根据内嵌的不同代码对应的填充示例图，绘制每个钻孔的地质情况深度变化图，并结合矩阵数据对特殊地质情况进行标注，最终完成地质模型的建立。
[0019]
进一步，上述s104中，还包括对存在计算机中的管波探测数据进行处理，分析后的管波探测数据被划分为k类即为k个地层，并对管波探测数据中特殊地质情况进行读取，并根据深度信息进行标注；所述计算机对管波探测数据的处理方法采用加权k-mea n聚类算法。
[0020]
进一步，上述s104中，还包括所述加权k-mean聚类算法计算步骤为：a)依据钻探数据结果制定聚类数目k，确定k个初始类中心；b)根据标准差系数法计算数据的属性权重ωk；c)分别计算各个观测数据与各个中心点的加权欧氏距离，并按照距k个初始类中心最近原则将各个观测数据聚到各个中心点所在的类中心，形成k个分类；d)重新确定k个类中心，依次计算各类中所有的观测数据的均值，并以均值作为各个类的中心点，完成依次迭代；e)判断终止条件，判断类中心点是否改变，如果改变返回步骤c)，否则将结果输出并结束。
[0021]
本发明的有益效果是:
[0022]
相对于现有技术，本发明为一种针对喀斯特地貌竖向串状溶洞地质基于钻孔数据与管波探测相结合的建模新方法，具有分层准确、误差小和效率高等突出优势。
附图说明
[0023]
图1：为本发明的一种针对喀斯特地貌竖向串状溶洞地质基于钻孔数据与管波探测相结合的建模新方法的流程图。
具体实施方式
[0024]
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，相对照附图说明本发明的具体实施方式。
[0025]
如图1所示，为本发明提出一种针对喀斯特地貌竖向串状溶洞地质基于钻孔数据与管波探测相结合的建模新方法流程图，该流程图包括内容如下。
[0026]
s101，划分工程分区；所述划分工程分区包括对待检测地区进行划分区域，规划钻孔数量以及位置；将工程现场分为相互独立的若干区域，分区的原则根据地质相近原则；钻孔的数量n计算公式如式(1)所示；
[0027]
n＝roundup[(6a+4b+2c)
·
η] (1)
[0028]
式中，n为钻孔数量，roundup为向上取整函数，a为一级高层建筑数量，b为二级高层建筑数量，c为除去一层二层建筑外其余建筑数量，η为加密系数，取1.5～2.5；所述钻孔位置的规划规则为：当建筑物为平面时，按照双排布设，为不规则形状时，按照突出部位角点和中心点布设。
[0029]
s102，钻孔数据处理；所述钻孔数据处理包括统计每个钻孔的地质分层情况以及特殊地质情况，特殊地质情况如溶洞、土洞等，均采用统一的三级编码方式进行编码以便于计算机编程分析；所述三级分类编码主要包括信息为深度、岩层或者土层类别判别结果以及特殊地质情况。
[0030]
s103，管波探测；所述管波探测包括，在钻孔位置钻孔作业完成后进行管波探测工作，获得管波探测结果。
[0031]
s104，管波探测结果处理以及分层；所述管波探测结果处理以及分层包括对管波探测结构的不同深度的测线波速信息和特殊地质信息进行提取，并将管波探测法提取数据以矩阵形式存储于计算机内，通过计算机编程识别管波探测法不同深度测线的波速并判别所述深度岩层或土层类别以及特殊地质情况；利用管波波速在不同地层情况下波速会产生明显差异的特点，进而通过计算机编程分析矩阵数据中不同深度的波速值，利用加权k-mean聚类算法，将管波探测数据进行岩层或土层类别分层；具体的还包括对存在计算机中的管波探测数据进行处理，分析后的管波探测数据被划分为k类即为k个地层，并对管波探测数据中特殊地质情况进行读取，并根据深度信息进行标注；所述计算机对管波探测数据的处理方法采用加权k-mean聚类算法；更具体的还包括所述加权k-mea n聚类算法计算步骤为：a)依据钻探数据结果制定聚类数目k，确定k个初始类中心；b)根据标准差系数法计算数据的属性权重ωk；c)分别计算各个观测数据与各个中心点的加权欧氏距离，并按照距k个初始类中心最近原则将各个观测数据聚到各个中心点所在的类中心，形成k个分类；d)重新确定k个类中心，依次计算各类中所有的观测数据的均值，并以均值作为各个类的中心点，完成依次迭代；e)判断终止条件，判断类中心点是否改变，如果改变返回步骤c)，否则将结果输出并结束。
[0032]
在上述实施例中，本发明公开了一种针对喀斯特地貌竖向串状溶洞地质基于钻孔数据与管波探测相结合的建模新方法，该建模方法包括，划分工程分区、钻孔数据处理、管波探测、管波探测结果处理以及分层；建立地质模型。本发明能够解决喀斯特地貌管波探测数据地层分层困难、误差大的问题，具有分层准确、误差小和效率高等突出优势，可广泛的应用于喀斯特地貌的地质勘察工作中。
[0033]
以上所述为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

技术特征：
1.一种针对喀斯特地貌竖向串状溶洞地质基于钻孔数据与管波探测相结合的建模新方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：1)划分工程分区；2)钻孔数据处理；3)管波探测；4)管波探测结果处理以及分层；5)建立地质模型；所述划分工程分区包括对待检测地区进行划分区域，规划钻孔数量以及位置；将工程现场分为相互独立的若干区域，分区的原则根据地质相近原则；钻孔的数量n计算公式如式(1)所示；n＝roundup[(6a+4b+2c)
·
η](1)式中，n为钻孔数量，roundup为向上取整函数，a为一级高层建筑数量，b为二级高层建筑数量，c为除去一层二层建筑外其余建筑数量，η为加密系数，取1.5～2.5；所述钻孔位置的规划规则为：当建筑物为平面时，按照双排布设，为不规则形状时，按照突出部位角点和中心点布设。所述钻孔数据处理包括统计每个钻孔的地质分层情况以及特殊地质情况，特殊地质情况如溶洞、土洞等，均采用统一的三级编码方式进行编码以便于计算机编程分析；所述三级分类编码主要包括信息为深度、岩层或者土层类别判别结果以及特殊地质情况。所述管波探测包括，在钻孔位置钻孔作业完成后进行管波探测工作，获得管波探测结果。所述管波探测结果处理以及分层包括对管波探测结构的不同深度的测线波速信息和特殊地质信息进行提取，并将管波探测法提取数据以矩阵形式存储于计算机内，通过计算机编程识别管波探测法不同深度测线的波速并判别所述深度岩层或土层类别以及特殊地质情况；利用管波波速在不同地层情况下波速会产生明显差异的特点，进而通过计算机编程分析矩阵数据中不同深度的波速值，利用加权k-mean聚类算法，将管波探测数据进行岩层或土层类别分层。所述建立地质模型包括：根据加权k-mean聚类算法结果，采用编程软件，根据内嵌的不同代码对应的填充示例图，绘制每个钻孔的地质情况深度变化图，并结合矩阵数据对特殊地质情况进行标注，最终完成地质模型的建立。2.根据权利要求1所述的一种针对喀斯特地貌竖向串状溶洞地质基于钻孔数据与管波探测相结合的建模新方法，其特征在于：所述4)管波探测结果处理以及分层，还包括对存在计算机中的管波探测数据进行处理，分析后的管波探测数据被划分为k类即为k个地层，并对管波探测数据中特殊地质情况进行读取，并根据深度信息进行标注；所述计算机对管波探测数据的处理方法采用加权k-mean聚类算法。3.根据权利要求1所述的一种针对喀斯特地貌竖向串状溶洞地质基于钻孔数据与管波探测相结合的建模新方法，其特征在于：所述4)管波探测结果处理以及分层，还包括所述加权k-mean聚类算法计算步骤为：a)依据钻探数据结果制定聚类数目k，确定k个初始类中心；b)根据标准差系数法计算数据的属性权重ω
k
；c)分别计算各个观测数据与各个中心点的加权欧氏距离，并按照距k个初始类中心最近原则将各个观测数据聚到各个中心点所在的
类中心，形成k个分类；d)重新确定k个类中心，依次计算各类中所有的观测数据的均值，并以均值作为各个类的中心点，完成依次迭代；e)判断终止条件，判断类中心点是否改变，如果改变返回步骤c)，否则将结果输出并结束。

技术总结
本发明公开了一种针对喀斯特地貌竖向串状溶洞地质基于钻孔数据与管波探测相结合的建模新方法，适用于工程勘探的地层分布确定，为地基基础的处理和设计提供数据；该建模方法包括，划分工程分区、钻孔数据处理、管波探测、管波探测结果处理以及分层；建立地质模型。本发明能够解决喀斯特地貌管波探测数据地层分层困难、误差大的问题，具有分层准确、误差小和效率高等突出优势，可广泛的应用于喀斯特地貌的地质勘察工作中。的地质勘察工作中。的地质勘察工作中。


技术研发人员：黄国忠 杨征 刘宇峰 杨双弟 万昕 王惠鸿 曹玉红
受保护的技术使用者：中交四航局第一工程有限公司
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/7/20