隧道襯砌內(nèi)空洞探地雷達探測正反演研究.pdf

1、探地雷達是利用超高頻脈沖電磁波探測地下淺層與超淺層介質(zhì)分布的一種地球物理勘探方法,由于其無損、高效、抗干擾能力強、操作方便、成本低、受檢測條件限制小、檢測精度高、能夠?qū)λ淼酪r砌實施連續(xù)掃描等優(yōu)勢在隧道襯砌檢測中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。但目前隧道襯砌的檢測基本都是應(yīng)用二維技術(shù),對不良病害的形狀、大小、空間形態(tài)難以提供更為準確的信息,圖像解釋也具有很大的主觀性和經(jīng)驗性。因此開展二、三維探測的正反演理論研究,定量確定隧道襯砌內(nèi)空洞的大小和形態(tài)

2、,為現(xiàn)場檢測提供圖譜解釋的依據(jù)就顯得尤為重要。論文通過物理模型試驗、數(shù)值模擬、數(shù)字信號濾波和資料反演等方面對隧道襯砌內(nèi)空洞的探地雷達正反演理論進行了較為系統(tǒng)深入地研究,并把二、三維聯(lián)合檢測方法應(yīng)用于工程實際,主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　 ①論證了探地雷達探測時模型邊界對數(shù)據(jù)采集的影響,并以此為依據(jù)設(shè)計了隧道襯砌內(nèi)空洞物理模型,對該物理模型進行了探測雷達二、三維探測,在此基礎(chǔ)上對采集數(shù)據(jù)用REFLEXW和EASY-3D軟件進行了

3、處理和成像,提出了隧道襯砌三維質(zhì)量檢測的合理測線間距,同時用MATLAB編程實現(xiàn)了三維襯砌檢測圖像的可視化,通過雷達剖面、雷達切片的不同顯示形式,揭示了方形空洞的二、三維圖譜特征,定量確定了隧道襯砌內(nèi)空洞的大小和形態(tài)。
　　 ②針對探地雷達信號具有非平穩(wěn)性,脈沖信號非線性衰減等特點,把多小波理論引入到探地雷達信號濾波處理。詳細推導(dǎo)了CL4平衡多小波在探地雷達信號處理中的分解、重構(gòu)及濾波算法,用MATLAB進行編程實現(xiàn),并應(yīng)用于試

4、驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)的信號濾波,取得了較好效果。
　　 ③從代表探地雷達傳播機理的Maxwell方程式出發(fā),運用無反射條件的匹配矩陣,詳細推導(dǎo)了導(dǎo)電介質(zhì)二維TM波和三維正演模擬在考慮和不考慮介質(zhì)磁損耗的UPML吸收邊界條件,建立了模型區(qū)與吸收邊界區(qū)離散FDTD正演差分公式間的聯(lián)系,用MATLAB編程實現(xiàn),并對各種二維空洞模型和三維矩形空洞模型進了正演模擬,豐富了不同形態(tài)空洞探地雷達探測的圖譜特征和解釋依據(jù),同時用MATLAB編程

5、實現(xiàn)了RAMAC探地雷達系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化程序,即雷達數(shù)據(jù)文件存儲的各種信息的讀取和數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)化為*.rd3格式文件,從而可方便地對探地雷達數(shù)據(jù)進行二次開發(fā)、處理、成像與分析。
　　 ④推導(dǎo)了三維和二維探地雷達反演問題數(shù)學(xué)物理模型的一般格式,將Tikhonov正則化方法引入探地雷達介電常數(shù)反演中,構(gòu)制了探地雷達探測介電常數(shù)反演目標函數(shù)。用MATLAB編寫了基于Tikhonov正則化方法的實數(shù)編碼遺傳算法反演程序,運用該程序?qū)ΧS空洞模