隧道衬砌空洞探地雷达图谱正演模拟研究

探地雷达作为一种高效、先进的无损检测设备,能够对隧道衬砌实施连续扫描,实时获得雷达图谱。然而,由于探地雷达在我国的应用时间还非常短暂以及雷达图谱的复杂性,隧道衬砌空洞探地雷达图谱的辨识还存在一定的问题。据此,通过不同环境的试验得到空洞雷达图谱特征,并利用二维时域有限差分法对衬砌空洞雷达图谱进行正演模拟。采用VC++语言编写探地雷达正演模拟程序,对隧道衬砌检测中常见的几种空洞模型进行正演模拟,得出模拟波形和图谱,并与实测隧道衬砌空洞的探地雷达波形和图谱进行对比。结果表明,模拟图谱与实测结果相似,具有较明显的空洞特征。良好的结果也验证了二维时域有限差分法（2D-FDTD）正演模拟的可行性。     

基于GprMax的道路空洞三维探地雷达正演数值模拟

探地雷达(GPR)方法具有高效、高分辨率、无损探测等优势,广泛应用在城市道路病害体探测中。三维探地雷达是近年来发展起来的新技术,通过三维阵列天线进行三维数据采集,对道路病害体具有更高的空间分辨率和测量精度。本文利用基于三维时域有限差分方法原理的GprMax 3D软件,针对以空洞为代表的典型道路病害体,开展充气型和充水型空洞三维探地雷达正演模拟工作,获得两种不同填充类型空洞的三维雷达数据体,对数据体不同方向的图像特征进行分析,并结合工程实例,验证了正演模拟结果的可靠性。该研究对三维探地雷达实测图像解译和提高检测结果判定的可靠性具有重要的指导意义。     

路基病害的探地雷达正演模拟与探测

探地雷达勘探是一种分辨率比较高的工程地球物理方法,对道路路基中存在的局部脱空、不密实和含水丰富等病害有明显的异常反应。这里介绍了地质雷达在路基中的探测原理,在分析不良地质现象与围岩之间的结构和介电性差异特征的基础上,设计了较为合理的正演模型,通过GPRMax2D软件进行正演模拟,分析正演模拟图像的波形、频率、振幅、相位等特征,总结了路基病害在雷达图像上的信号特征,并通过对实测雷达图像的解译,对道路病害的雷达反射波的频谱特征做了进一步研究,可为道路路基病害探测的地质雷达数据解译提供参考。     

探地雷达隧道衬砌病害检测正演模拟及应用

随着经济地发展,基础设施也得到了快速地发展,而隧道衬砌病害检测也受到越来越多的重视,探地雷达作为一种无损检测方法,在隧道衬砌检测中的应用十分广泛,且效率高、效果好。这里依据探地雷达的基本原理,基于时域有限差分正演模拟了隧道衬砌中含不同异常体的雷达图像特征。根据正演计算了空洞的尺寸,与理论模型对比验证了其准确性,并与实际检测图像作对比分析了隧道中病害的图像特征,为隧道衬砌病害识别提供借鉴。     

高铁隧道GPR技术研究与应用

应用基于时间域有限差分法模拟软件GPRMax2D,对高铁隧道衬砌典型的不良情况,如厚度不足、空洞和钢筋布置不合理等进行了正演模拟,得到了隧道衬砌典型不良情况的正演模拟雷达图像。结合某高铁隧道工程实际检测得到的雷达图像,对两者图像作了对比分析,总结得到了隧道衬砌不良情况雷达图像的特征规律,完善了探地雷达图像资料特征解释库,提高了识别高铁隧道衬砌典型不良情况雷达图像的可信度,为高速铁路隧道的无损检测提供了有效的依据。     

探地雷达技术在道路路基病害探测中的应用

文章首先简要叙述探地雷达的工作方法和技术特点,介绍了探地雷达图像的分析处理过程(编辑标记、地形高程改正、距离修正、去除干扰信号和进行数字信号处理等),重点研究了道路路基存在较大空洞和不规则孔洞、地层软弱区、地层松散区、雨水或者地下水入侵路基层、路基产生沉陷、断层或裂缝等主要病害的探地雷达图像特征.文章还列举了两个应用工程实例,并论述了探地雷达在道路路基病害探测中应用的可行性和优越性.     

复杂地电模型的探地雷达时域有限差分正演

目前探地雷达正演模拟。都是针对简单的层状模型、圆状空洞、正方形空洞等单一的规则模型,而对于地下弯曲的界面或“V”字形等复杂模型的正演,实现起来较为困难。然而,地下构造是复杂的,因此,对复杂地电模型的正演研究显得更为重要。这里以麦克斯韦两个旋度方程为基本出发点,运用K.S.Yee的空间网格模型理论和时域有限差分法的基本原理,推导出二维空间的探地雷达正演方程组,通过讨论数值频散关系及其产生原因,推导出符合探地雷达实际传播规律的理想频散关系。为解决正演模拟时截断边界处的超强反射,采用了Mur超吸收边界条件．并以自制的探地雷达正演模拟程序为依托,对两个复杂的探地雷达模型进行了正演模拟,得到了正演剖面图。从其后模拟实例中的两正演剖面图可以看出,边界截断处的干扰波被大大地减少,消除边界反射后的雷达剖面能更好地指导工作人员进行地质解释,从而达到了把雷达的正演研究深入到复杂地电模型中去的目的,使正演研究更符合实际的地质情况。     

探地雷达在河道探测中的应用

基于有限差分法,建立了探地雷达电磁波在河道传播的正演模型,并模拟了水下不同构造的典型工况,得到了相应的二维反射图像。和实际探测的河道图谱进行了比较,通过对模拟图像的分析和实际雷达探测图谱的解释,研究了探地雷达方法在河道探测中的可行性。     

探地雷达在检测预应力梁钢绞线孔注浆效果的应用

利用探地雷达进行预应力孔道注浆质量检测,根据Maxwell方程时域有限差分与Yee氏剖分网格,采取广义完全匹配层（GPML）作为吸收边界,对钢绞线注浆孔道中同埋深不同形状的含水及含气空洞进行二维正演,并结合工程进行开窗验证,总结得出同埋深不同形状、不同类型缺陷的探地雷达图像特征及其规律,为探地雷达法检测波纹管注浆饱满度提供必要的理论依据。     

地下水污染调查中探地雷达有限差分数值模拟

基于探地雷达正演模拟软件GprMax,针对地下水不同污染途径和不同污染介质,建立了地下水污染的5种模型,采用有限差分法进行了数值模拟计算。模拟结果表明探地雷达在探测地下水污染中有较好的应用效果。     

隧道不良地质现象的探地雷达正演模拟与超前探测

探地雷达是一种分辨率比较高的工程地球物理方法,对掌子面前方的溶洞、富水带、断层破碎带和裂隙带等不良地质现象有明显的异常反应。文中介绍了探地雷达在隧道超前预报中探测的原理、测线布置和数据采集方式,分析不良地质现象与围岩之间的结构和介电差异特征,设计合理的正演模型进行正演模拟,分析正演模拟图像的波形、频率、振幅、相位等特征,理论上总结了不良地质现象在雷达图像上的信号特征,并通过对实测典型雷达图像的解释,对不良地质现象的雷达反射波的频谱特征做进一步研究,可以为探地雷达在隧道超前预报中的解译提供参考。     

瞬时参数在探地雷达公路路基隐患排查中的应用

由于城市公路路基中的隐患会引起地面沉降和塌陷,对人民的生命财产造成危害,因此对公路路基进行隐患排查十分重要。基于时间域有限差分(FDTD)的GPRMax2D程序,对脱空、富水和土体空洞的情况进行了数值模拟,通过将传统的只包含振幅信息的探地雷达图像与瞬时振幅图、瞬时相位图结合,进行了多参数分析,增加了解释的准确度和可靠性。通过模拟数据和实测数据以及验证结果的对比分析,建立了脱空、富水和空洞的解释分类模型,认为探地雷达在公路路基隐患排查中是一种快速、无损、可靠的技术方法。     

点状不良地质体钻孔雷达响应特征的形状效应正演分析

针对钻孔地质雷达探测工作中常见的空洞、岩溶和地下埋藏物等点状不良地质体,利用时域有限差分数值模拟方法,对岩土体内不同形状和不同埋深的目标地质体进行了雷达响应正演模型研究,并分析了这些模型的实际分辨能力和应用条件。结果表明,对于不同的探测任务,应根据感兴趣目标体的几何尺寸、分辨率要求等来选择合适的天线频率;不同几何形状的点状不良地质体所呈现的雷达剖面形式各异,且雷达反射信号强弱也不同;同一频率天线其探测分辨能力随空洞埋藏深度而变化,同一埋深下,天线频率越高,高度分辨能力效果越好。研究结果可为钻孔雷达用于岩体工程勘察、灾害隐患探测提供模拟图像认知和数据判读支持     

基于FDTD的隧道衬砌质量雷达检测正演模拟及其应用分析

针对隧道衬砌可能出现的不同的地质病害,根据其介质电性特征,构建相应的地球物理模型,基于时域有限差分(FDTD)算法和完全匹配层(PML)的吸收边界条件,利用GprMax软件结合Matlab编程作探地雷达正演模拟。研究结果表明,不同密度的钢筋和钢拱架模型,在不同中心频率的天线的正演结果中,受到探地雷达分辨率地影响,反射信号同相轴的强弱和形态有所不同,不同的形状的脱空模型其相位、振幅、波形特征都各不相同。结合工程实例,雷达正演模拟与实测剖面结果的主要异常波形信号及钻孔揭示情况基本相符,说明探地雷达能有效地检测衬砌病害的类型、位置、构造走向等空间分布特征,验证了该正演方法的可行性,有助于更好地指导物探工作者对衬砌质量进行更精确地解释,准确发现衬砌的地质病害,确保隧道运营安全。     

基于随机分布的断裂破碎带GPR剖面特征分析

为了验证探地雷达在查找基岩中断裂破碎带的有效性、以及进一步认识破碎带在探地雷达反射剖面上的表现特征,结合概率论和数理统计知识,通过设置断裂破碎带中介质的介电常数在一定空间范围内随机分布,建立了更为贴合实际的断裂破碎带模型,使用时域有限差分方法正演模拟其二维GPR反射剖面,较好地揭示了断裂破碎带的GPR剖面特征。通过对不同破碎程度和基岩具有不同介电常数的破碎带模型进行正演模拟,分析其正演GPR剖面的图像差异,较为深入地认识了断裂破碎带在GPR剖面上反映出的特征。最后,进一步引入工程实例,发现通过正演模拟揭示的断裂破碎带GPR 剖面特征在断裂破碎带的实际探测剖面上也是存在的,说明通过正演模拟来指导实际资料的解释是现实可靠的。     

基于探地雷达数据的公路病害U-net识别应用

探地雷达是探测公路路基内部隐性损伤的有效手段,具有数据采集速度快、分辨率高、抗干扰能力强等优点,但人工解译速度慢,解译水平参差不齐。以常见的公路路基空洞病害为例,总结了一种基于U-net神经网络进行探地雷达探测图像识别的方法,有效提高了探地雷达数据解译的速度和精度,在模拟数据集和实测地下空洞数据上都取得了较好的预测效果。     

探地雷达在预应力梁钢绞线孔道注浆质量检测中的应用

混凝土桥梁波纹管的注浆饱满程度直接关系到桥梁的安全和使用寿命,目前还没有能够准确检测波纹管注浆质量的方法。使用广义完全匹配层（GPML）作为吸收边界,依据时域有限差分法（FDTD）,对钢绞线注浆孔道中同埋深不同大小的空洞进行二维正演,并结合工程进行开窗验证,总结不同缺陷的雷达图像特征及其规律,为探地雷达法检测波纹管注浆饱满度提供了理论依据。      

探地雷达在预应力梁钢绞线孔道注浆质量检测中的应用

混凝土桥梁波纹管的注浆饱满程度直接关系到桥梁的安全和使用寿命,目前还没有能够准确检测波纹管注浆质量的方法。使用广义完全匹配层(GPML)作为吸收边界,依据时域有限差分法(FDTD),对钢绞线注浆孔道中同埋深不同大小的空洞进行二维正演,并结合工程进行开窗验证,总结不同缺陷的雷达图像特征及其规律,为探地雷达法检测波纹管注浆饱满度提供了理论依据。     

低频探地雷达探测冻土带天然气水合物正演模拟研究

通过对低频探地雷达在青藏高原冻土带环境下的探测深度、分辨率及反射特征分析的正演模拟来研究其在冻土带天然气水合物勘探中的可行性和关键参数。首先通过雷达测距方程计算确定了理论上探地雷达的最大探测深度与发射频率、地下介质电阻率、介电常数之间的关系,并根据电磁波反射理论计算满足冻土带天然气水合物探测深度所需的系统增益;随后通过低频探地雷达分辨率计算和仿真模拟来确定低频探地雷达在大尺度(200 m)范围的广义分辨率;最后参考已经发现天然气水合物的木里地区基本情况设计冻土及天然气水合物模型,利用时间域有限差分(FDTD)方法进行二维正演,获得了探地雷达信号在冻土带底界以及天然气水合物顶、底界的反射特征,为野外实测数据的处理及解释提供有用信息。研究结果表明,采用中心频率小于等于15 MHz且系统增益大于165 dB的低频探地雷达在地表电阻率较高的冻土区能够满足天然气水合物储层的探测深度要求;分辨率计算及仿真模拟表明低频探地雷达在满足一定条件下在200 m深度可以达到探测深度1%的广义分辨率;探地雷达信号在冻土底界、天然气水合物顶、底界均存在明显的强振幅和频率突变特征;理论计算结果认为应用低频探地雷达直接探测冻土带天然气水合物是可行的。     

发射脉冲波形对探地雷达响应的影响

电性参数、系统参数以及处理方法,对探地雷达的探测深度、分辨率以及精度有重要的影响。这里主要讨论发射脉冲波形对探地雷达响应的影响,即首先产生汉宁、高斯、柯西和泊松四种窗函数所对应的发射脉冲波形,然后通过二维时域有限差分正演模拟方法分别获得上述激发波形在钢筋模型和薄层模型的响应,最后在分析响应结果的基础上,总结出不同激发波形对横向和纵向分辨率的影响。从正演模拟结果可以发现,在同一地电模型和相同的发射天线中心频率情况下,发射脉冲波形的宽度越小,其探测分辨率越高,探测深度越浅;柯西脉冲波具有较好的横向分辨率,而高斯脉冲波在横向和纵向上都具有较好的分辨率。所获得的结论对于不同地电模型的正演模拟以及探地雷达数据的解释,具有一定的指导作用。