隧道襯砌內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、能夠對隧道襯砌實施連續(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用。但目前隧道襯砌的檢測基本都是應用二維技術,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就顯得尤為重要。論文通過物理模型試驗、數值模擬、數字信號濾波和資料反演等方面對隧道襯砌內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)合檢測方法應用于工程實際,主要研究內容和成果如下:
　　 ①論證了探地雷達探測時模型邊界對數據采集的影響,并以此為依據設計了隧道襯砌內空洞物理模型,對該物理模型進行了探測雷達二、三維探測,在此基礎上對采集數據用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。詳細推導了CL4平衡多小波在探地雷達信號處理中的分解、重構及濾波算法,用MATLAB進行編程實現(xiàn),并應用于試

4、驗數據和現(xiàn)場檢測數據的信號濾波,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,詳細推導了導電介質二維TM波和三維正演模擬在考慮和不考慮介質磁損耗的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,同時用MATLAB編程

5、實現(xiàn)了RAMAC探地雷達系統(tǒng)數據轉化程序,即雷達數據文件存儲的各種信息的讀取和數據文件轉化為*.rd3格式文件,從而可方便地對探地雷達數據進行二次開發(fā)、處理、成像與分析。
　　 ④推導了三維和二維探地雷達反演問題數學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反演中,構制了探地雷達探測介電常數反演目標函數。用MATLAB編寫了基于Tikhonov正則化方法的實數編碼遺傳算法反演程序,運用該程序對二維空洞模