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《重庆大学》 2010年
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隧道衬砌内空洞探地雷达探测正反演研究

舒志乐  
【摘要】:探地雷达是利用超高频脉冲电磁波探测地下浅层与超浅层介质分布的一种地球物理勘探方法,由于其无损、高效、抗干扰能力强、操作方便、成本低、受检测条件限制小、检测精度高、能够对隧道衬砌实施连续扫描等优势在隧道衬砌检测中得到了越来越广泛的应用。但目前隧道衬砌的检测基本都是应用二维技术,对不良病害的形状、大小、空间形态难以提供更为准确的信息,图像解释也具有很大的主观性和经验性。因此开展二、三维探测的正反演理论研究,定量确定隧道衬砌内空洞的大小和形态,为现场检测提供图谱解释的依据就显得尤为重要。论文通过物理模型试验、数值模拟、数字信号滤波和资料反演等方面对隧道衬砌内空洞的探地雷达正反演理论进行了较为系统深入地研究,并把二、三维联合检测方法应用于工程实际,主要研究内容和成果如下: ①论证了探地雷达探测时模型边界对数据采集的影响,并以此为依据设计了隧道衬砌内空洞物理模型,对该物理模型进行了探测雷达二、三维探测,在此基础上对采集数据用REFLEXW和EASY-3D软件进行了处理和成像,提出了隧道衬砌三维质量检测的合理测线间距,同时用MATLAB编程实现了三维衬砌检测图像的可视化,通过雷达剖面、雷达切片的不同显示形式,揭示了方形空洞的二、三维图谱特征,定量确定了隧道衬砌内空洞的大小和形态。 ②针对探地雷达信号具有非平稳性,脉冲信号非线性衰减等特点,把多小波理论引入到探地雷达信号滤波处理。详细推导了CL4平衡多小波在探地雷达信号处理中的分解、重构及滤波算法,用MATLAB进行编程实现,并应用于试验数据和现场检测数据的信号滤波,取得了较好效果。 ③从代表探地雷达传播机理的Maxwell方程式出发,运用无反射条件的匹配矩阵,详细推导了导电介质二维TM波和三维正演模拟在考虑和不考虑介质磁损耗的UPML吸收边界条件,建立了模型区与吸收边界区离散FDTD正演差分公式间的联系,用MATLAB编程实现,并对各种二维空洞模型和三维矩形空洞模型进了正演模拟,丰富了不同形态空洞探地雷达探测的图谱特征和解释依据,同时用MATLAB编程实现了RAMAC探地雷达系统数据转化程序,即雷达数据文件存储的各种信息的读取和数据文件转化为*.rd3格式文件,从而可方便地对探地雷达数据进行二次开发、处理、成像与分析。 ④推导了三维和二维探地雷达反演问题数学物理模型的一般格式,将Tikhonov正则化方法引入探地雷达介电常数反演中,构制了探地雷达探测介电常数反演目标函数。用MATLAB编写了基于Tikhonov正则化方法的实数编码遗传算法反演程序,运用该程序对二维空洞模型和梯形异常体模型介电常数进行了反演。 ⑤提出了隧道衬砌探地雷达二、三维联合检测方法,并把它应用在忻保高速公路第一合同段的大南陌隧道和西南沟1#隧道,取得了良好效果,为实现探地雷达隧道衬砌检测技术由定性描述到定量应用探索了一种新的方法。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:U455.91

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前8条
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2 姬伟杰;刘平;李杰;韩潇弘毅;;一种应用于地下腔体成像的新超宽带成像算法[J];现代导航;2015年05期
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【参考文献】
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8 周翔;山岭隧道质量无损检测及缺陷力学特性研究[D];西南交通大学;2005年
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【共引文献】
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10 宋璐;;基于LabVIEW的震动信号时频域分析系统设计[J];科技创新与应用;2016年08期
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10 熊杰;基于地质约束的感应测井非线性正反演研究[D];中国地质大学(北京);2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 甘明旭;树木雷达(TRU)在黄帝陵古侧柏树干空腐和粗根分布检测中的应用[D];西北农林科技大学;2016年
2 李思堃;动、静载作用下衬砌背后空洞对隧道结构安全性的影响[D];北京交通大学;2016年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 田钢;林金鑫;王帮兵;赵文轲;;探地雷达地面以上物体反射干扰特征模拟和分析[J];地球物理学报;2011年10期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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7 冯剑;富水砂卵石地层盾构施工引起空洞的机理及对策研究[D];西南交通大学;2013年
8 孔庆阳;探地雷达在水工结构工程检测中的应用研究[D];扬州大学;2013年
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【二级引证文献】
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中国硕士学位论文全文数据库 前4条
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【二级参考文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前8条
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8 孙宇瑞;非饱和土壤介电特性测量理论与方法的研究[D];中国农业大学;2000年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨进;隧道衬砌质量评价与探地雷达无损检测模型试验研究[D];长沙理工大学;2008年
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3 周道传;地质雷达检测砼结构性能的试验研究及应用[D];郑州大学;2006年
4 周怀来;基于小波变换的地震信号去噪方法研究与应用[D];成都理工大学;2006年
5 李华;公路隧道衬砌健康状态地质雷达检测的分析软件开发与应用[D];同济大学;2006年
6 周翔;山岭隧道质量无损检测及缺陷力学特性研究[D];西南交通大学;2005年
7 叶良应;地铁隧道衬砌脱空和渗漏水病害雷达探测研究[D];汕头大学;2005年
8 冯德山;地质雷达二维时域有限差分正演[D];中南大学;2004年
9 姚成华;隧道砼结构无损检测及应用研究[D];中南大学;2004年
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7 郑骁;考虑时空效应的隧道衬砌损伤机理研究[D];山东大学;2012年
8 李云;既有隧道衬砌病害评估与治理决策[D];中南大学;2010年
9 伍浩;探地雷达技术进行隧道衬砌质量检测的机理及精度分析[D];长沙理工大学;2013年
10 朱春生;公路隧道衬砌背后围岩缺陷对结构安全的影响及处治对策研究[D];长安大学;2009年
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