探地雷达探测季节性冻土的正演模拟

随着季节的变化,季节性冻土区活动层在冻融过程中物性参数变化显著.以东北地区季节性冻土为研究对象,采用高斯随机粗糙面来模拟粗糙不平的冻结层和融化层界面,建立了能精细描述活动层非均匀性的随机介质模型,并进行了探地雷达正演模拟.研究结果表明:活动层的冻结深度和融化深度随季节而变化,其介电常数和电导率也随季节而变化;非均匀性的活性层、起伏不平的冻结层和融化层使雷达剖面中的散射波非常发育,随时间变化,融化层起伏越大,雷达剖面中的散射波能量越强,融化层和冻结层界面的反射波识别越难.同时,证明应用探地雷达监测季节性冻土的季节变化、冻结深度和融化深度的时间和空间变化是切实可行的.     

壁画空鼓病害的探地雷达正演模拟检测

通常西藏壁画地仗层的厚度不足10cm,有效去除直耦杂波是利用高频探地雷达识别壁画空鼓病害的关键,在此基础上计算空鼓的厚度。模拟制作西藏壁画地仗,在其内部预设深度和厚度各不相同的规则空鼓,通过正演模拟试验确定探地雷达的采集参数,积累数据处理的经验,并比较不同雷达天线的性能。结果表明,针对RAMAC探地雷达和Ground Vision数据采集、后处理软件,时窗深度宜为3ns左右,采样频率应不低于142GHz,效果最明显的两个滤波器是带通滤波和抽取均道。当雷达天线与细泥层地仗耦合较好时,中心频率1.6GHz和2.3GHz的雷达天线均能准确检测出深3cm左右、厚约2cm的空鼓,1.6GHz天线的极限垂直分辨率约0.5 cm。     

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15MHz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.     

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。     

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。     

基于GprMax软件的道路路基空洞探地雷达正演模拟

探地雷达具有高效、无损、分辨率高、使用灵活的特点,在道路检测方面的应用越来越广泛。根据时域有限差分(FDTD)算法,建立理想条件下道路路基充气和充水空洞模型,用GprMax及Matlab编程分别对不同形状、不同激励源频率、不同大小条件下空洞模型进行正演模拟,并对空洞模型正演模拟雷达图像进行分析。模拟结果有助于对实际探测空洞识别和雷达图像的解释,为探地雷达在路基空洞检测应用提供参考。     

隧道衬砌病害地质雷达探测正演模拟与应用

国内大多数隧道都存在着不同程度的病害,其中诸如衬砌开裂、不密实、含有空洞和渗漏水等衬砌病害是隧道最常见的病害类型,严重影响行车安全。地质雷达（GPR）可以用来对隧道衬砌病害进行快速无损探测,但对于衬砌病害的解译十分依赖于探测人员的经验,很容易造成误判和漏判。因此,对隧道衬砌病害进行分类,并针对典型衬砌病害类型进行建模,利用时域有限差分（FDTD）法对衬砌病害模型进行地质雷达探测正演模拟,针对衬砌渗漏水和存在钢筋干扰等特殊情况,通过频谱分析对病害进行了定量识别,总结出典型衬砌病害的地质雷达探测解释准则,最后结合工程实例对衬砌病害进行了推断和解译。结果验证了衬砌病害地质雷达探测正演模拟和解释准则的可靠性。     

探地雷达探测桥梁浅基础缺陷的正演研究

桥梁基础作为桥梁重要的组成部分,由于长期的地质作用和外部因素总是容易出现缺陷、裂缝等桥梁基础病害.考虑到传统的探地雷达探测方法-Common-offset法很难解决桥梁基础病害问题,提出采用特殊的Common-souree法来探测桥梁基础病害.利用GprMax软件,来模拟桥梁基础的探测过程;将正常桥梁基础和缺陷型桥梁基础的正演结果进行对比,可以发现二者存在明显的差异.利用这些差异可以在实际探测过程中识别出存在病害的桥梁基础,证明利用探地雷达探测桥梁基础病害是切实可行的办法.     

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.     

探地雷达波波动方程研究及其正演模拟

探地雷达广泛应用于地下水勘探，工程地质调查、城区地面土木工程、考古探测以及矿产资源开发等。本文着重讨论探地雷达在地下传播时的各种动力学特性（振幅，速度等），从本质上说明探地雷达波波动方程与地震波波动方程的一致性，从而为借用地震处理中的所有处理方法（迭加，偏移等）奠定理论基础，为探地雷达的成果解释提供新的途径。最后，以探地雷达波满足的波动方程为基础，正演模拟了探地雷达波在地下二维介质中的传播。实例表明：正演结果所得到的二维剖面与实际模型吻合，证实了探地雷达波波动方程的正确性。     

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。     

矿井地质雷达超前探测正演模拟

用时间域有限差分(FDTD)法建立矿井地质雷达的模型。采用理想频散关系和超吸收边界条件,对几个典型矿井地电模型进行了正演模拟,研究了矿井地质雷达超前探测的剖面特征。巷道对各道直达波能量分布及波列形状有明显影响;煤岩分界面主要影响反射波能量分布。      

山岭隧道空洞病害雷达探测图像影响因素的正演模拟研究

在目前的山岭隧道中往往存在空洞与脱空、裂缝、渗漏水等病害,普通病害检测方法常常会对隧道造成损伤,而且不能大范围快速检测,而探地雷达就能很好地解决以上问题,进行快速的无损检测。为提高探测效率和对图像准确解释,正演模拟是必须的。基于时域有限差分法(FDTD),利用模拟软件GprMax,作者做了山岭隧道空洞病害的雷达图像的正演模拟,模拟结果和实际模型比较吻合,进一步研究比较一系列影响雷达图像的因素,得出相关结论,为复杂探地雷达图像的识别提供了依据和经验,为建立此类图像识别的数据库打下了基础。     

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。     

探地雷达探测地基病害的应用研究

在探地雷达理论的基础上,结合工程实例,阐述了探地雷达在探测基坑开挖引起的地基病害中的应用。通过分析地基病害产生的机理,归纳了地基病害如土体疏松、脱空和滑移在雷达测线剖面图和单道波形图的典型图像特征,并判定出地基病害的程度和空间位置,工程还采用现场开挖及静力触探对比验证探地雷达的探测结果;实践证明了探地雷达技术是一种有效的地基病害快速探测方法,值得大力推广。     

基于GPRSIM的水下砂层探地雷达正演

基于水和岩土介质的介电常数差异,应用GPRSIM软件研究在不同水深条件下二层介质的雷达响应特征.一般情况下,雷达天线频率为50 MHz时,勘探深度可达到10 m左右. 根据南京长江二桥桥址区的地质资料,建立含有水、淤泥质粉质黏土、粉细砂、砂砾卵石以及砾岩的水下砂体模型,并应用GPRSIM软件对该模型进行正演研究. 研究结果表明,天线频率为50 MHz、水深不超过4 m时,雷达影像能够较好地反映出水下各岩层的赋存状态,特别是能够圈定出水下砂层的厚度和分布范围,这为实际水下砂体的勘探提供了重要的理论依据.     

基于FDTD的月壤分层雷达探测正演模拟

“嫦娥三号”巡视器上搭载的测月雷达通过500 MHz频率的天线,对巡视路线上的月壳浅层结构进行剖面式观测,能探测到月球地底下30 m深土壤层的结构。为了更好地分析测月雷达的探测结果,文中对月壤分层进行正演模拟,月岩层的介电常数采用与“嫦娥三号”登月点位置最近的Apollo 15的电性参数近似代替,月壤的介电常数是一个和密度相关的值且随深度的变化而变化。根据以上参数建立模型,基于时域有限差分（FDTD）原理,利用GprMax对月壤分层结构进行模拟,建立的模型包括月表介电常数随深度变化二层模型和月岩层存在下界面三层模型,并对其波形特征进行分析,找到月壤层次划分的一般规律,对“嫦娥三号”测月雷达数据的分析提供理论依据。     

探地雷达在古城墙病害探测中的应用

古城墙由于长年雨、雪水的侵蚀,容易造成城墙内部砖层、土体疏松等病害区域的发生,然而如何确定这些病害的位置、深度、规模等,是非常棘手的问题。探地雷达作为一种无损探测手段,具有探测效率高、分辨率高、结果直观等特点,对探测目标体不会造成任何损伤。结合工程实例,采用探地雷达技术对古城墙顶面进行探测。根据对探地雷达图谱进行处理分析,并选取5处有代表性的雷达图谱进行轻型动力触探验证。结合轻型动力触探验证资料,综合解释分析,提高了查找病害区域的准确性,同时说明探地雷达在古城墙探测中的适用性。     

探地雷达时域有限差分法正演模拟

在以往雷达波的正演模拟中,借鉴地震波中成熟的正演模拟方法,均采用模拟声波方程的方法,精度不够高。因此从麦克思韦方程组出发,采用目前电磁场理论中最常用的时域有限差分法,对探地雷达进行了正演模拟。为了进一步说明其正确性,对正演模拟的结果又进行了偏移处理,从结果看出该方法的正确性及可行性。