[发明专利]一种深埋隧道围岩介电特性反演与松动圈范围识别方法

权利要求书

1.一种深埋隧道围岩介电特性反演与松动圈范围识别方法，其特征在于：

步骤一：在深埋隧道开挖前，进行雷达实地探测，确定区域的大小、介质类型以及地下工况，并输出探测数据和雷达扫描图；雷达实地探测后进行正演模拟，确定区域介电常数ε_前、电导率σ_前和磁导率μ_前，并得到区域的扫描图，通过开挖前波速模型求出岩石原始状态下雷达波速v_前；

步骤二：在深埋隧道开挖后，进行雷达实地探测和正演模拟输出松动圈材料的磁导率μ，通过介电特性反演输出介电常数ε和电导率σ，将松动圈材料的磁导率μ、介电常数ε代入开挖后波速模型求出深埋隧道开挖后波速v；

步骤三：根据波速v计算松动圈厚度；通过波速v与雷达波速v_前比值的平方作为对围岩松动圈的完整程度进行定量分析，根据岩体完整性指数划分情况表得出松动圈等级。

2.根据权利要求1所述的一种深埋隧道围岩介电特性反演与松动圈范围识别方法，其特征在于：步骤一中开挖前波速模型为：

式中：ε_前为隧道开挖前材料的介电常数；ε₀为真空的介电常数，参考值ε₀＝8.854×10^-9F/m；μ_前为隧道开挖前材料的磁导率；μ₀为真空的磁导率，参考值μ₀＝4π×10^-7H/m；c为光速，取3×10⁸m/s；v_前为隧道开挖前电磁波在介质中的波速。

3.根据权利要求1所述的一种深埋隧道围岩介电特性反演与松动圈范围识别方法，其特征在于：步骤二中开挖后波速模型为：

式中：ε为松动圈材料的介电常数；μ为松动圈材料的磁导率；ε₀为真空的介电常数，参考值ε₀＝8.854×10^-9F/m；μ₀为真空的磁导率，参考值μ₀＝4π×10^-7H/m；c为光速，取3×10⁸m/s；v为松动圈的电磁波在介质中的波速。

4.根据权利要求1所述的一种深埋隧道围岩介电特性反演与松动圈范围识别方法，其特征在于：步骤二中介电特性反演步骤为：

2.3.1：通过正演模拟得到数据与实地探测数据进行匹配，基于数据残差建立目标函数；

2.3.2：根据直线传播理论选择初始模型；

2.3.3：使用初始模型计算正演波场d(ε,σ)；

2.3.4：采用局部优化算法，计算迭代方向▽E_ε，▽E_σ；

2.3.5：计算迭代梯度；

2.3.6：计算迭代步长ζ_ε及ζ_σ；

2.3.7：更新模型参数；

2.3.8：设ε＝ε_upd，σ＝σ_upd重复步骤2.3.3至步骤2.3.7，直至收敛或达到指定的迭代次数，输出介电常数ε和电导率σ。

5.根据权利要求1所述的一种深埋隧道围岩介电特性反演与松动圈范围识别方法，其特征在于：步骤三中松动圈厚度求解公式为：

H＝v×t

式中：H为松动圈厚度；t为雷达波单程走时。