Abstract
TSP (Tunnel Seismic Profiling) survey is a technique for imaging and characterizing geological structures ahead of a tunnel face. The seismic modeling algorithm and the synthetic data could be helpful for TSP surveys. However, there is few algorithm to describe the propagation of the elastic waves around the tunnel. In this study, existing 2-dimensional seismic modeling algorithm using finite element method was modified to make a suitable algorithm for TSP modeling. Using this algorithm, TSP modeling was practiced in some models. And the synthetic data was analyzed to examine the propagation characteristics of the elastic waves. First of all, the modeling for the homogeneous tunnel model was practiced to examine the propagation characteristics of the direct waves in the vicinity of the tunnel. And the algorithm was applied to some models having reflector which is perpendicular or parallel to the excavation direction. From these, the propagation characteristics of the reflected waves were examined. Furthermore, two source-receiver arrays were used in respective models to investigate the properties of the two arrays. These modeling algorithm and synthetic data could be helpful in interpreting TSP survey data, developing inversion algorithm and designing new source-receiver arrays.
TSP탐사는 터널 및 지하공간의 건설 시 굴착 진행 중인 터널 주위의 지질구조를 파악하기 위하여 VSP탐사를 터널 내에 적용한 물리탐사 기법이다. 하지만 터널 굴착예정 지역의 지질구조에 따른 터널 주위에서 파의 전파특성을 보여줄 수 있는 인공 탄성파합성 알고리듬이 부족한 실정이다. 이에 본 연구에서는 기존의 2차원 유한 요소 탄성파 모델링 알고리듬을 발전시켜 터널 전방에 여러 형태의 지질구조가 존재하는 경우에 대하여 2차원 시간영역 탄성파 모델링을 수행하였다. 그리고 이로부터 얻은 인공합성 탄성파단면과 파면단면을 통하여 파의 전파특성을 규명하고자 하였다. 우선 TSP탐사와 동일한 형태의 송수신 배열을 한 후, 균질 매질에 대한 모델링을 수행하여 인공합성 탄성파단면과 파면단면을 동시에 구해 직접파의 전파특성을 분석하였다. 그리고 터널 굴착방향과 수직인 반사면과 평행인 반사면이 존재하는 경우에 대해 각각 모델링을 수행하여 균질 매질의 경우와의 비교, 분석을 통해 반사파들의 전파특성을 고찰하였다. 또한 송신원을 수진기의 앞쪽과 뒤쪽에 배열한 두 가지 경우에 대하여 모델링을 수행하여, 두 방법의 특성과 장단점을 고찰하였다. 이와 같은 모델링을 통하여 TSP탐사자료의 해석, 역산 알고리듬의 개발 및 송수신 개발 등에 도움을 줄 수 있을 것으로 사료된다.
