利用水平集方法对隧道中复杂的含水结构进行基于界面的反演

《TUNNELLING AND UNDERGROUND SPACE TECHNOLOGY》：Interface-based inversion of complex water-bearing structures in tunnels using level-set methods

　　

邓朝阳|潘振华|张硕|聂立超

摘要

在隧道施工过程中，开挖面前方的含水断层、裂隙带和喀斯特结构的几何形状通常较为复杂，边界也不规则，这使得使用传统的电阻率反演方法（这些方法假设物理属性分布是连续的）难以稳定地对其进行界定。为满足这一工程需求，本研究将基于水平集的界面表示概念引入隧道含水结构识别中，并开发了一种基于水平集的隧道电阻率界面反演框架，将反演目标从恢复电阻率参数场转变为对含水结构空间边界的几何反演。在代表性含水结构上的数值模拟表明，所提出的方法能够稳定地追踪具有复杂几何形状的异常体，并在一定程度上减轻了传统反演方法中常见的异常体向外扩散和边界模糊现象。在此基础上，该方法进一步应用于香炉山隧道，得到的含水结构识别结果与施工过程中揭示的地质证据一致。这些发现表明，基于水平集的界面反演方法克服了传统电阻率反演方法的局限性（这些方法依赖于物理属性场分布来描述复杂的含水结构），为精细界定复杂含水结构的边界提供了一种可行的、以几何特征为导向的反演途径。