探地雷达电磁波正演模拟研究

利用探地雷达技术对路面结构层进行检测时,根据探测要求而采用不同频率的天线,尝试建立了雷达电磁波在结构层中传播的正演模型,通过得到的合成波模拟了其在结构层中传播的规律。根据经典电磁理论,利用傅立叶积分变换,通过典型激励和实测雷达入射波模拟了雷达电磁波在结构层中的传播情况,得到了合成的反射波,并与实际结构层测试雷达波做了比较。结果表明:频率低的情况下,雷达的分辨率较低,结构分层不明显;随着频率的增大,可以清晰区分出结构分层,但只有在高频率的条件下,结构厚度分层的反射信号才是合理的,能比较真实地反映实际情况。     

广梧高速公路石牙山特长隧道超前地质预报准确性研究

广梧高速公路石牙山隧道围岩地质情况十分复杂,在开挖施工中以物探方法作为日常预报手段,在十分必要的情况下提出实施少量超前探孔作为验证和控制风险的手段.在所使用的地球物理方法中,以TSP203plus为主,以探测围岩的整体块段情况及围岩级别;地质雷达为辅,探测局部强风化及破碎带.根据TSP探测所取得的纵波速度等有关参数,在方法上与地质雷达及宏观、微观地质进行结合,按照规范中围岩级别与对应纵波速度关系划分围岩级别,并根据不同岩性进行对比和研究,经开挖验证,与实际情况相符,提高了预报的准确率.     

基于地质雷达探测地铁富水地层处理研究

依托徐州市城市轨道交通1号线某隧道，采用地质雷达对富水地层地下水及围岩裂隙发育情况进行超前探测分析，并根据探测结果对富水地层进行超前注浆。现场开挖与监测分析结果表明:通过地质雷达在隧道富水地层开挖过程中的有效地质预报，可以提前采取处理不良地质工程措施，为隧道顺利掘进创造有利条件。     

地质雷达在岩溶陷落柱探测中的应用研究

以某隧道洞底陷落柱为例,通过地质雷达对目标体的探测,分析岩溶陷落柱的雷达波组异常特征,准确地探测出陷落柱的位置、规模和埋深;同时,选取典型的雷达波进行频谱分析,探讨岩溶陷落柱和围岩的雷达波频谱特征。岩溶陷落柱雷达波频谱呈现低频大振幅反射,其主频单一且突出;围岩雷达波呈现弱振幅多峰频谱,主频不突出。岩溶陷落柱和围岩雷达波频谱特征存在的显著差异,可作为识别岩溶陷落柱的重要依据之一。实践结果表明,地质雷达在探测岩溶陷落柱中具有有效性和实用性。     

考虑岩层含水量情况下地质雷达对不良地层的预报应用

地质雷达广泛应用于隧道超前地质预报中,但在测试分析时较少考虑岩层含水量对测试结果的影响。文中结合具体工程,在常规分析的基础上,考虑围岩含水量情况并对不同含水量进行对比分析,进而识别不良地层;通过将测试结果应用于实际工程并与实际开挖情况对比,得出其测试准确度和精确度都高于常规分析方法。     

公路隧道岩溶构造地质雷达正演与探测实例波形特征对比研究

公路隧道岩溶构造地质预报是地质雷达超前地质预报的重难点,而对岩溶构造的地质雷达反射波形特征识别是预报准确的重中之重。为了准确识别反射波形特征,通过对隧道围岩溶腔中不同填充介质的岩溶构造建立雷达正演模型,模拟研究雷达反射波波形特征。本次模型构建填充情况主要分为空溶腔(空气),充水的溶腔,充泥、砂的溶腔,混合填充的溶腔4类,对应得到其正演反射波形特征为2大类。将模拟结果与探测实例波形特征对比研究,其反射波波形特征作为地质雷达探测预报岩溶构造时可参考的波性特征,定性判别岩溶构造中不同的填充介质情况,以进一步提高预报结果的准确性。     

探地雷达在公路隧道地质预报中的应用

赛果公路是连接新疆乌鲁木齐与伊犁的重要通道,需穿越赛里木湖与将军沟等隧道。这些隧道围岩具有含水、岩性变化大等特点,提前预知隧道施工前方的地质和水文条件,将为设计变更、施工组织安排以及施工安全提供依据。本文采用探地雷达进行赛果公路隧道的超前地质预报探测,阐述了几种典型地质条件下的探测实例,为探地雷达在隧道短期超前地质预报中的应用积累经验。     

地质雷达在黄土隧道地质预报中的应用

地质雷达技术在公路隧道工程中得到了广泛的应用。作为一种高效,先进的物探方法,探地雷达能够对隧道围岩进行快速扫描,获得形象的探测图形,加上其具有探测精度高,测线范围易调整,工作效率高等优势,成为公路隧道地质超前预报的最主要方法之一。然而公路隧道中的黄土隧道,由于黄土的特殊工程性质,如其孔隙比大,无明显层理,不均匀致密或均匀疏松特性,使得利用电磁波反射原理的方法会出现预报距离短,反射特征弱构造难以识别等问题。本文以陕西黄陵至延安高速公路扩能工程中黄土隧道地质超前预报工作中采集的地质雷达数据为基础,通过预报与实际开挖的比对,总结经验优化了黄土隧道地质雷达预报中的相关参数和分析了影响因素,并利用希尔伯特变换的技术方法对前方地质异常情况及岩性变化进行识别,以及提出基于黄土隧道的频谱特征的辅助分析方法。     

基于谱剖面技术的路基病害地质雷达探测方法研究

路基病害与地质雷达接收到的频率信号是密切相关的,针对北京市道路路面检测的实际需要,进行了路面下空洞及松散区域等隐伏病害的识别研究。通过总结电磁波在地层中传播的响应,分析了仅从时间剖面上识别路基病害的局限性,提出了对数功率谱分析路基隐伏病害的观点,把时间剖面转换为谱剖面。空洞病害对电磁波的频谱响应具有较高灵敏度,利用对数功率谱算法和高斯窗口函数来计算时间窗口的对数功率谱剖面,提高了对空洞这类隐伏病害的识别能力。经过实际测试证明,利用该技术来分析路基隐伏病害具有良好的效果。     

复杂地层盾构掘进速率和刀盘扭矩预测模型及其地层适应性研究

以复杂地层地质分段为基础,统计不同地质分段的盾构掘进参数,开展针对盾构掘进速率与刀盘扭矩的多元回归分析,得到适用于复杂地层的掘进参数回归模型,并分析回归模型系数与全断面等效岩体基本质量指标间的相关性。研究表明： 全断面等效岩体基本质量指标考虑了复杂地层中不同区段掌子面内各地层面积占比差异,可作为地质分段标准; 掘进速率与刀盘扭矩的回归预测值与实测值间相对误差较小,回归模型对均质地层及复合地层均有较好的拟合精度; 围岩等级提高时,掘进速率、刀盘扭矩回归模型系数具有明显的分段变化特征。其量化结论可用于定量预测不同地层盾构掘进参数,以提高盾构施工效率。     

基于空气耦合式探地雷达探测的衬砌层位特征识别的正演模拟

采用探地雷达进行隧道衬砌检测时,需要准确提取衬砌的层位特征（含相应病害信息）。采用空气耦合式探地雷达对隧道衬砌质量进行检测,基于GprMax2D和Matlab为平台环境,对衬砌层位特征识别进行研究。主要研究及结论如下： 1）对多种实际工况的衬砌形式进行二维正演模拟分析,并对电磁波在多层介质中反射特征进行研究。研究表明,探地雷达反射回波的起始位非零,而电磁波在介质分界层处发生反射的时刻取决于电磁波所传播层面的厚度,当2层介质差别较大或2层介质之间有空气存在时,反射时刻位于波形的最大波峰或波谷所在位置,而与脉冲源的位置和第2层介质的介电常数无关。 2）根据隧道衬砌的分层特征,在实际隧道衬砌中,对探地雷达数据和实际干扰因素进行分析处理,对与理论反射时间误差太大的进行修正。研究成果对应隧道衬砌层位及病害性状识别均具有指导和借鉴意义。     

水泥混凝土路面板下脱空的路面雷达电磁波模拟

建立了路面雷达电磁波在水泥混凝土路面结构中传播的二维时域有限差分(2D-FDTD)方程,并针对空气耦合式天线雷达进行了水泥混凝土路面板下存在脱空病害的路面雷达电磁波模拟。进一步分析了水泥混凝土板下脱空出现水充空洞及气充空洞两种情况的路面雷达回波特性,本文的研究对路面雷达技术应用于水泥混凝土路面脱空病害检测实施具有重要的理论参考意义。     

隧道涌水段不良地质探测及围岩变形规律研究

在富水地层中开挖隧道出现涌水事故后,若继续盲目施工易引发隧道坍塌,此时应停止开挖,探明涌水段周围地质条件与岩体变形。以大奎隧道右线出口处涌水事故为背景,从地质雷达和变形监测2方面进行研究分析。地质雷达探测结果显示隧道底板左下方2.5 m处存在承压水层,且隧道衬砌背后存在巨大暗道。变形监测表明多个里程断面岩体变形超过50 mm,高于规范要求的安全界限。基于探测结果,提出了混凝土回填、超前注浆止水及架立钢支撑支护的处理方案,涌水段围岩变形最终得到了控制。     

金瓜山隧道岩爆成因分析

通过描述金瓜山隧道地层岩性、围岩结构、偏压应力方向和现场围岩变形累积发展趋势特点,说明隧道洞室在埋深小于或远小于现行规范临界埋深条件下,若多项不利因素迭加和变形趋势累积到一定程度,同样会导致较严重的岩爆发生可能。合理解释了金瓜山隧道强烈岩爆与埋深较小之间的理论矛盾存在的原因。     

沥青路面剥落的路面雷达电磁波模拟

针对空气耦合式雷达,建立了路面雷达电磁波在沥青路面结构中传播的二维时域有限差分(2D-FDTD)方程,并进行了沥青路面面层中存在沥青剥落病害的路面雷达电磁波模拟。模拟结果表明:当沥青路面出现沥青剥落区域后,在路面雷达回波的面层界面和基层界面的正反射波中间出现一负反射波,沥青剥落位置决定着该负反射波将会出现在面层界面反射波和基层界面反射波之间的位置;并且随着沥青剥落区域的竖向厚度增加,该负反射波波幅增大。为利用路面雷达快速检测路面沥青剥落病害提供了理论基础。     

构造应力场中层状围岩隧道动力响应数值分析

层状岩层的横观各向同性使得振动波在岩层中沿着不同方向传播时,质点的振动特性有着一定的差异。以我国西南地区某高海拔山区单向公路隧道的全断面爆破掘进为研究背景,利用FLAC 3D软件对构造应力场中均质围岩及倾角不同的层状围岩在隧道爆破开挖过程中的变形、振动速度进行研究。研究结果表明,隧道开挖爆破后,洞周岩体变形不对称式分布,左、右拱腰部位变形最大,均质围岩洞周各部位变形在5种模型中相对较小;爆源距相同时,层状围岩左、右测点的x向振动速度均大于上、下测点的z向振动速度;断层破碎带、层理结构面对于振动波的传播既有消振又有聚振的作用,与断层破碎带和层理结构面的产状、空间关系及振动波相对结构面入射角度有关。     

RAMAC地质雷达在隧道衬砌检测中的应用

隧道衬砌属隐蔽工程施工。常规检查手段多以钻孔验证为主,带有随机性、有损性,且较盲目。地质雷达是利用高频脉冲电磁波探测地下介质分布的一种地球物理勘探方法。以北京—化稍营高速公路黄羊山隧道初衬检测为例,阐述地质雷达的原理和工作方式,并通过雷达图像的解析,得出钢拱架、初衬等的图像特点,为同类工程的研究提供参考。