路面材料介电常数非均匀模型雷达电磁波模拟

针对实际路面材料颗粒的随机分布特点以及离散颗粒对电磁波的散射事实,建立了半空间路面雷达电磁波一维时域有限差分(1D-FDTD)方程,实现了沥青路面材料均匀和非均匀介电常数两种模型的空气耦合天线雷达电磁波正演模拟,并对以上两种模拟波与实测波形进行了对比分析.结果表明:路面材料的非均匀介电常数模型更加符合工程实际,为路面雷达进一步精确检测厚度及其他应用提供了新的方法.     

多层介质中路面雷达电磁波传播数值模拟

针对高效、快速、连续、无损的路面雷达应用技术存在的问题，研究了路面雷达电磁波在多层介质中的传播规律，基于电磁波理论的基本原理，从Maxwell方程着手，建立了雷达电磁波在路面结构体系中的传播模型，该模型考虑了介质介电常数虚部的贡献，理论上更加严谨，并更接近于道路工程实际，应用该模型，模拟合成了多层路面结构体系中雷达电磁波的反射信号，将其与实测信号对比，验证了所建立模拟方法的正确性和适用性。     

基于正演模拟的地下典型目标体探地雷达图像特征分析与评价

目前探底雷达应用领域越来越广,但探底雷达剖面图的信息解译缺乏系统性的标准。本文论述了水平层状目标体,圆形目标体,矩形目标体,地下管道,局部含水层,石油污染物六种地下典型目标体模型正演模拟的图像特征。运用二维时域有限差分法构建污染场地中六种地下典型目标体的正演模型,并获得地下典型目标体雷达剖面图,进一步汇总在正演模拟剖面图中的各个典型目标体的图像识别特点,并分析雷达探测过程中多次波、绕射波等杂波的形成机理,最后通过石油烃污染场地的钻探资料验证实测探地雷达图形特征分析的准确性。本研究为实际工作中探地雷达的反射信号解译和地下目标体的识别提供了一定的理论依据。     

泡沫混凝土路基病害地质雷达正演模拟研究

尝试将地质雷达运用于浙江某大桥工程泡沫混凝土路基质量测试,获得了泡沫混凝土雷达图像信号,并对其信号特征进行了分析,得到了泡沫混凝土路基结构情况;建立了理想条件下泡沫混凝土路基结构模型,采用基于时域有限差分法(FDTD)的GPRMax程序,通过MATLAB编程对泡沫混凝土路基疏松、脱空、分层等病害进行地质雷达正演模拟,得出路基病害在雷达图像上的典型特征信号;同时分析病害形状、大小对信号的影响以及之间的定量关系.本研究成果有助于对泡沫混凝土实测雷达图像的解读,为地质雷达在泡沫混凝土路基病害测试应用提供参考.     

基于GPRSIM的道路地下病害体探地雷达正演模拟研究

探地雷达因其便捷、高效、无损的优势目前被广泛应用于道路地下病害体探测任务中,但雷达图像识别又缺少统一的解释标准,所以亟需为病害体探测提供判别依据。因GPRSIM探地雷达正演软件可自定义模型形状、天线频率大小及正演速度快等优点,所以研究基于GPRSIM设计了不同填充类型、形状、规模、埋深、天线中心频率的道路路基空洞病害模型进行正演模拟研究,并分析总结病害雷达特征。其结果对雷达图像的解译具有重要的指导作用,同时,也为病害体识别提供了客观的理论依据。     

非金属管道内堵塞的探地雷达识别与数值仿真

针对市政工程非金属给排水管道堵塞点定位工程问题,文章从探地雷达(ground penetrating radar,GPR)信号受迫响应频域角度识别管道内水位以实现对堵塞点定位。对于非金属管道,以PVC管为代表建立时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)正演模型,演示了电磁波在PVC管道内的受迫响应过程;分别使用矩阵束法和快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)法取得受迫响应频率,进一步由正演计算得出不同水位高度受迫响应频率曲线;由受迫响应频域识别的影响因素分析,得出识别误差受入射波带宽和填埋土层介电常数影响较大;设计了沙槽实验模型,获取不同水位的GPR实测数据;对实测数据进行分析,并应用FDTD正演模型进行拟合,拟合结果与实际相符合。     

基于雷达信号特征点提取的结构物埋深估算方法

为了克服经验法推算结构物埋深的缺陷,基于检测对象的雷达反射波形特征,通过提取反射波形上的少量特征点,提出一种估算结构物埋深的新方法,并考虑实际检测中结构物反射波形的畸变,对估算精度进行分析评价.结果表明:对于理想的无畸变检测数据,该方法对结构物埋深、水平位置及电磁波速的估算结果较为精确;当反射波形存在畸变时,该方法对埋深的直接估算结果误差较大,平均误差达到55.202％,但对于电磁波速的估算结果较为精确;对于实测的有畸变检测数据,可通过电磁波速估算结果及测得的目标体双程旅时对埋深进行间接估算,估算精度满足雷达法检测对埋深估算的要求.相比经验法,该方法在估算精度、误差控制方面具有显著优势.     

基于探地雷达的水库坝基渗漏正演模拟

水库坝基渗水将带来溃堤的风险,造成水资源浪费及生命财产的损失,针对现有技术无法确定坝体渗水洞坐标的实际情况,提出采用探地雷达对坝体进行日常检测。利用时域有限差分法(FDTD)对在二维空间进行FDTD按照Yee氏网格离散处理的原理,得到其电磁分布方程,基于水库坝基的实际构造,建立了空气层、混凝土层、黏土层及两个渗水洞的理想模型,并依据理想模型建立了带有石灰岩干扰点的混凝土层干扰模型。利用MATLAB实现系统架构,并进行正演模拟。结果显示:探地雷达可以用于较深目标体探测,通过改变探地雷达电磁波中心频率,并对比50,100和200MHz三种频率雷达电磁波的检测频谱,又对带干扰模型进行了模拟,验证了100MHz频率雷达电磁波,用于复杂地形的检测效果更优。     

基于电磁波和弹性波层析成像探测的联合分析方法

在地下工程建设中经常会遇到诸如溶洞、断裂破碎带、孤石和裂隙带等不良地质体,如果不能提前探明不良地质体分布情况,将会埋下严重的安全隐患。由于不良地质体的变异性大,采用传统的钻孔勘探方法及现有的单一勘探方法难以掌握其空间分布,因此,基于电磁波和弹性波层析成像的联合分析是综合地球物理研究的重要定量解释手段。在明晰电磁波、弹性波层析成像(CT)原理及影响因素的基础上,提出基于电磁波和弹性波CT的联合分析方法。采用数值模拟手段分别进行电磁波正演模拟以及弹性波正演模拟,获取单一CT方法的层析成像剖面。利用层次分析方法进行联合分析,获取了模型的联合分析剖面,并与单一探测结果进行对比,结果表明综合利用两种物性条件进行探测可使探测精度增加。最后通过工程实例分析说明两种单一探测技术以及联合分析技术对不良地质探测的有效性。     

时域多分辨率法在探地雷达三维正演模拟中的应用

应用小波伽略金方法,对Maxwell的2个旋度方程进行离散化,导出DB2-MRTD算法的探地雷达3D差分公式、数值稳定性条件。在此基础上,开发探地雷达MRTD法正演模拟程序。所开发的对三维立方体小空洞体模型进行正演模拟。研究结果表明:采用该程序极大地提高了运算速度,改善了三维探地雷达正演方法;相应的正演合成三维剖视图及切片图指示了立方体小空洞体的雷达波空间的三维响应特征;模拟结果表明,采用时域多分辨率法可提高探地雷达探测的可靠性、准确度。     

复杂地质环境下255大巷附近地质异常地质雷达探测研究

玲珑金矿255主运巷处于复杂的地质环境条件下,构造活动带岩土体动力稳定性和岩体结构探测与地质超前预报是工程有效治理的前提.依据现场雷达探测分辨率要求,选定250 MHz屏蔽天线探测,找到空区隐患的准确位置和围岩特征,为255主运巷后期的加固与治理提供了依据.     

基于GPR信号频带介电谱特征的公路早期病害检测*

现有的探地雷达(GPR)技术都是在公路病害产生后进行病害定位,而不是在病害发生的早期对病害进行预测。为了实现公路早期病害检测,本文构建了公路早期病害识别系统,该系统充分利用GPR信号的频带介电谱特征,分别抽取训练样本和测试样本的频带介电谱特征向量,以识别公路早期病害情况。实验结果表明：频带介电谱特征向量能较好的表征GPR信号对应的地电信息,适用于GPR信号的分类;该系统能对公路基层的密实度特征和含水量特征进行有效识别,为公路早期病害检测提供了技术保障;此外,该系统具有很强的实时性,对各个测试样本进行特征向量提取和识别的平均耗时不大于0.8ms。     

路基注浆试验与仿真分析

路基注浆可使路基沉陷、松散、空洞等病害得到有效充填或压密,显著提高路基的承载力。本文从室内试验与数值模拟两个方面研究了路基注浆对路基路面的影响。室内试验部分采用平面尺寸140cm×140cm,高度为50cm的钢箱,分层填筑路基土和水泥稳定碎石基层,养护28天后,进行路基注浆。通过探地雷达和开挖相结合的方法观测水泥浆分布,进而分析了注浆对路基的加固机理。数值模拟部分采用ANSYS有限元软件建立路基路面三维模型,考虑注浆半径、注浆区域模量、注浆横向位置及注浆深度四个因素,分析了局部注浆和道路纵向多点连续注浆对行车荷载作用下路基路面受力变形的影响。结果发现,注浆半径对道路受力变形的影响最显著,注浆区域模量影响较小,注浆位置在行车道中间下方且靠近路基顶面时较有利。     

室内干扰条件下探地雷达在埋地管线探测中的应用

探地雷达是近些年发展起来的广泛用于工程与环境物探领域的新型仪器。介绍了探地雷达在管线探测中的测量原理 ,探讨了室内干扰条件下探地雷达资料采集和图像解释的方法。实际应用结果表明 ,探地雷达能够探测到地下存在的异常体 ,该技术具有广泛的适应性及较强的抗干扰能力 ,其分辨率较高 ,因而具有很好的应用前景。     

新疆地区公路路基含水量年变化规律

针对路基含水量年变化规律的地区差异性问题,在新疆地区典型路段埋设湿度传感器,对路基含水量进行观测,分析路基含水量随时间变化规律。通过路基含水量观测试验,研究了新疆不同地区路基含水量年变化范围及原因,采用双峰值函数对路基含水量随时间变化关系进行了拟合,得出了新疆各地区路基含水量年变化规律。结果表明:东疆、北疆、南疆地区路基含水量变化范围分别为2.47%~5.25%、1.38%~4.90%、2.06%~3.98%;由于新疆地区年降雨量小,蒸发量大,导致路基含水量最大的季节不在雨季,东疆与北疆地区路基含水量较大的季节在春融季节的3月~5月,以及雨季过后蒸发量相对较小的8月~11月,南疆地区路基含水量最大的季节只出现在春融季节的4月~6月。     

探地雷达在高等级公路质量检测和管理中的应用

利用探地雷达检测原理探测高等级公路路基、路面质量状况，能获知新修公路路面结构层的厚度、介电常数和旧公路路基、路面的病害与缺陷发育情况等详细信息，从而为公路管理部门对公路质量评定和养护决策优化提供科技的依据。     

基于GPR反射波信号多维分析的隧道病害智能辨识

随着我国隧道工程建设的快速发展,由隧道病害引发的隧道质量和安全问题越发常见.通过地质雷达探测隧道病害对于减少隧道质量和安全问题具有十分重要的意义,为了提高病害探测的效率及可靠性,基于雷达反射波信号多维度分析,提出一种隧道病害智能辨识的新方法.根据反射波信号时域、频域及时频域分析结果提取病害信号辨识的6个典型特征,利用支持向量机算法对典型特征的训练构建病害信号的二分类模型,实现了病害水平分布范围的自动辨识;再依据病害信号的第一本征模态函数分量振幅包络计算病害深度分布范围,最终实现隧道病害的智能辨识.结合某隧道回填层雷达实测数据对智能辨识算法的性能进行评价,与人工辨识结果的对比表明,该智能算法对于病害的辨识能力较强,病害的识别率高达100%,但辨识结果中同时存在少量误判,准确率达78.6%,满足工程应用的需求.该算法可用于隧道工程各类地质雷达探测数据中病害的智能辨识,而对于其他领域的地质雷达探测数据,本文研究成果亦可为不同类型探测目标智能辨识算法的设计提供可行思路.     

山区高速公路岩溶路基的地质雷达探测

在碳酸盐岩地区修建高速公路,最主要的隐患是岩溶发育易引发路基不均匀沉降、路基滑动、地表塌陷等地质灾害。为了查找隐患,采用时域有限差分法模拟了地表起伏、覆盖层厚度变化、不同充填效果时溶洞在地质雷达剖面上的反映特征,据此指导工程实测。并以贵州高速公路的部分路段勘察为例,介绍了地质雷达在岩溶地区路基勘察中的运用,取得了良好的效果。     

长期降雨对路堤填土变形和压实度影响分析

针对潮湿多雨地区典型路基填土,在京台高速公路高液限路堤填土试验研究的基础上,选取典型断面利用Geo Studio有限元软件开展数值模拟研究,考虑非饱和路堤填土的应力和渗流耦合进行固结分析,研究在长期降雨工况下路基沉降变形规律,进而分析长期降雨对变形和压实度的影响规律以及压实度与路基沉降之间的关系。研究表明:对于不同含水率填土路堤,无论是连续施工和间歇施工,竣工期的沉降量占了总沉降量的绝大部分,竣工时和沉降稳定后路堤的最大沉降量都随含水率的增大而增大。当遇长期降雨时,竣工和沉降稳定时路堤的沉降量都比无降雨时大;长期降雨情况下路堤沉降稳定时压实度增量比无降雨时大。