基于PML边界条件的二阶电磁波动方程GPR时域有限元模拟

完全匹配层(PML)作为一种稳定高效的吸收边界条件,广泛应用于基于一阶电磁波动方程的探地雷达(GPR)数值模拟中.为解决基于二阶电磁波动方程的GPR数值模拟的吸收边界问题,本文借鉴二阶弹性波动方程的PML边界条件构建思想,提出了一种适合二阶电磁波动方程GPR时域有限元模拟的PML边界条件.从二阶电磁波动方程出发,基于复拉伸坐标变换,推导了PML算法的频域表达式;通过合理构造辅助微分方程,得到了PML算法的时域表达式,并以变分形式(弱形式)加载到GPR时域有限元方程中,实现了PML边界条件在二阶电磁波动方程GPR时域有限元模拟中的应用.在此基础上,对比了无边界条件、Sarma边界条件和PML边界条件下均匀模型的波场快照、单道波形、时域反射误差和能量衰减曲线,结果表明:PML边界条件的吸收效果要远优于Sarma边界条件,具有近似零反射系数.一个复杂介质模型的正演模拟验证了PML边界条件在非均匀地电结构中电磁波传播模拟的良好吸收效果.     

坝体隐患的雷达探测技术及应用

隐患探测是堤坝安全监测和加固处理的重要课题。传统的常规方法有诸多局限,而基于电磁波原理和现代信号分析技术的探地雷达方法具有明显优势,它可以检测坝体疏松、裂缝、空洞及渗漏和散浸等缺陷。     

加油站渗漏污染快速调查方法及探地雷达的应用

利用探地雷达进行加油站快速调查的主要程序包括收集资料、走访、现场踏勘、物探初勘以及试采样等,最终达到初步了解加油站的基本情况、渗漏污染风险以及可能污染渗漏点的目的。选择上海、北京、南京地区各一座加油站,详细介绍了快速调查的过程及结果。其中,上海和北京的两座加油站经钻孔采集土壤气体及探地雷达探测后,判断存在污染,而在南京加油站,探地雷达探测结果表明场地经过修复已不存在污染。     

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.     

渤海西南岸全新世最大海侵界线及其地貌特征

结合钻孔与探地雷达探测古海相层尖灭点的测量方法与图像处理原则,本研究在沿渤海西南岸分布的8个相关钻孔附近开展了探测,经图像处理、与钻孔对比分析以及在特征位置钻探浅钻的方式,获得了5处最大海侵尖灭点的位置、地层剖面形态以及高程等信息.结合6ka B.P.、2ka B.P. 左右和现代黄河流路变迁史及沿岸贝壳堤分布情况,揭示了最大海侵时期小清河向北至漳卫新河范围主要为古黄河形成的广阔三角洲潮滩地貌,海侵线远离海岸线深入内陆,其上的贝壳堤形成主要与黄河流路变迁相关; 而渤海湾西南岸黄骅、沧州附近及以北主要为沼泽-潟湖-沙坝海岸地貌特征,海侵线由潟湖的陆侧边缘向海逐渐推进,沿岸分布的6ka B.P. 左右贝壳堤的形成则是基于沿岸堤,并伴随风暴作用发育而来.莱州湾南岸依据埋藏古河道古湖泊的分布情况,推断该区全新世最大海侵前后具有与现代相似的海岸地貌特征,海侵时,海水直抵当时最大高潮线附近,使得海岸线与海侵线几乎相当.依据剖面地形校正结果可知,最大海侵时,海水侵入内陆至现代地表高程5.8~10.3m范围,后期新构造运动造成的隆起与下沉的区域差异,使得不同区域海侵层高程发生相应的变化,该结果为进一步估算海平面变化提供重要基础.     

探地雷达在南京地铁隧道工程检测中的应用

溶洞是地铁隧道工程的重要检测内容之一,探地雷达波在溶洞中传播的信号特征与围岩存在明显的差别,雷达反射波组的振幅、波长和频率会随着介质的电性变化而改变,正确识别溶洞的雷达波组特征是判别溶洞存在及其性质的关键所在。以南京地铁三号线滨江路站-五塘村站之间地铁隧道下方岩体内隐含溶洞探测为例,着重讨论了溶洞在探地雷达检测剖面上的波形显示特征,结合钻孔验证,说明探地雷达技术在城市地铁隧道工程溶洞探测中是有效的和实用的。     

一体化低功耗宽频带数字地震仪研制

流动观测台网与固定观测台网的结合是当前地震观测技术系统发展的一个趋势. 针对流动观测时地震计与地震数据采集器互相独立、 携带不方便、 功耗高的问题, 自主研发了一款适合流动观测的集地震信号提取、 数据采集、 记录和服务为一体的数字地震仪. 该仪器具有频带宽(60 s—80 Hz)、 动态范围高(>140 dB)、 功耗低(0.6 W)、 携带方便(整机重量在15 kg左右, 包括供电系统、 GPS天线和包装箱)等特点. 详细介绍了该地震仪的外观结构、 整体硬件结构、 低功耗处理技术和所采用的灵敏度校正、 标准方位和正交校正技术. 对仪器的主要性能参数指标进行了严格的测试, 并给出了具体的测试结果. 该仪器研制完成后, 投入到了青海玉树M_S7.1地震震后流动观测中. 从半年的实际使用结果来看, 该仪器能够满足流动观测的要求.     

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。     

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。