隧道向深埋和长大的方向发展代表了21世纪土木工程的发展趋势,因此在施工过程中遇到复杂地质情况的概率更大,为保证施工安全,研究和开发先进的隧道施工超前地质预报技术是目前国内外隧道工程界的重要需求。地震散射波场隧道超前地质预报技术(GPT)具有预报距离长、对不良地质体探测具有较强的适应性和探测结果可靠的特点。本文通过建立二维隧道—岩体—断层弹性平面应力模型来模拟人工激发的地震在隧道施工过程中的传播规律,以论证GPT的技术可靠性并为实际工程提供指导。本文研究内容和成果如下:(1)针对地震散射波场隧道超前地质预报技术(GPT)人工激发震源和检波器的阵列式布设特点,利用雷克子波作为震源函数,建立了二维隧道—岩体—断层弹性平面应力的地震波场分析有限元模型,为本文开展数值模拟正演分析提供了基础。(2)基于LS-DYNA显式动力学分析软件,针对人工炸药震源激发的地震散射波场隧道施工超前地质预报技术(GPT)进行了正演数值模拟,通过提取波场快照与质点位移时程曲线,分析地震波在含断层带介质中的传播规律,为充分论证GPT技术的可靠性提供了有效分析工具。(3)本文研究结果表明,人工地震波激发后形成的地震波以球面波的形式向外辐射能量并逐渐扩散。在同一均匀介质中纵波波速大于横波波速,经过一段时间后出现明显的横波纵波分离现象。地震波遇到断层或隧道洞口带会发生反射、透射现象,非垂直入射时会出现折射。反射和折射伴有能量的转化和衰减,检波器收集到的反射波位移幅值较直达波小。当隧道掘进长度较短时,洞口的反射波振幅比较大,并且可能出现洞口反射波与地质分层反射波相互叠加的现象。(4)本文研究成果验证了地震散射波场隧道超前地质预报技术(GPT)的有效性和可靠性,特别是其多震源多接收技术特性可获得更多的前方地震波场散射信息,从而有效地提高地质超前预报的质量。