隧道襯砌內(nèi)空洞探地雷達(dá)探測(cè)正反演研究.pdf

1、探地雷達(dá)是利用超高頻脈沖電磁波探測(cè)地下淺層與超淺層介質(zhì)分布的一種地球物理勘探方法,由于其無(wú)損、高效、抗干擾能力強(qiáng)、操作方便、成本低、受檢測(cè)條件限制小、檢測(cè)精度高、能夠?qū)λ淼酪r砌實(shí)施連續(xù)掃描等優(yōu)勢(shì)在隧道襯砌檢測(cè)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但目前隧道襯砌的檢測(cè)基本都是應(yīng)用二維技術(shù),對(duì)不良病害的形狀、大小、空間形態(tài)難以提供更為準(zhǔn)確的信息,圖像解釋也具有很大的主觀性和經(jīng)驗(yàn)性。因此開(kāi)展二、三維探測(cè)的正反演理論研究,定量確定隧道襯砌內(nèi)空洞的大小和形態(tài)

2、,為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)提供圖譜解釋的依據(jù)就顯得尤為重要。論文通過(guò)物理模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬、數(shù)字信號(hào)濾波和資料反演等方面對(duì)隧道襯砌內(nèi)空洞的探地雷達(dá)正反演理論進(jìn)行了較為系統(tǒng)深入地研究,并把二、三維聯(lián)合檢測(cè)方法應(yīng)用于工程實(shí)際,主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:
　　 ①論證了探地雷達(dá)探測(cè)時(shí)模型邊界對(duì)數(shù)據(jù)采集的影響,并以此為依據(jù)設(shè)計(jì)了隧道襯砌內(nèi)空洞物理模型,對(duì)該物理模型進(jìn)行了探測(cè)雷達(dá)二、三維探測(cè),在此基礎(chǔ)上對(duì)采集數(shù)據(jù)用REFLEXW和EASY-3D軟件進(jìn)行了

3、處理和成像,提出了隧道襯砌三維質(zhì)量檢測(cè)的合理測(cè)線間距,同時(shí)用MATLAB編程實(shí)現(xiàn)了三維襯砌檢測(cè)圖像的可視化,通過(guò)雷達(dá)剖面、雷達(dá)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(nèi)空洞的大小和形態(tài)。
　　 ②針對(duì)探地雷達(dá)信號(hào)具有非平穩(wěn)性,脈沖信號(hào)非線性衰減等特點(diǎn),把多小波理論引入到探地雷達(dá)信號(hào)濾波處理。詳細(xì)推導(dǎo)了CL4平衡多小波在探地雷達(dá)信號(hào)處理中的分解、重構(gòu)及濾波算法,用MATLAB進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn),并應(yīng)用于試

4、驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)的信號(hào)濾波,取得了較好效果。
　　 ③從代表探地雷達(dá)傳播機(jī)理的Maxwell方程式出發(fā),運(yùn)用無(wú)反射條件的匹配矩陣,詳細(xì)推導(dǎo)了導(dǎo)電介質(zhì)二維TM波和三維正演模擬在考慮和不考慮介質(zhì)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(shí)現(xiàn),并對(duì)各種二維空洞模型和三維矩形空洞模型進(jìn)了正演模擬,豐富了不同形態(tài)空洞探地雷達(dá)探測(cè)的圖譜特征和解釋依據(jù),同時(shí)用MATLAB編程

5、實(shí)現(xiàn)了RAMAC探地雷達(dá)系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化程序,即雷達(dá)數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)的各種信息的讀取和數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)化為*.rd3格式文件,從而可方便地對(duì)探地雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)、處理、成像與分析。
　　 ④推導(dǎo)了三維和二維探地雷達(dá)反演問(wèn)題數(shù)學(xué)物理模型的一般格式,將Tikhonov正則化方法引入探地雷達(dá)介電常數(shù)反演中,構(gòu)制了探地雷達(dá)探測(cè)介電常數(shù)反演目標(biāo)函數(shù)。用MATLAB編寫(xiě)了基于Tikhonov正則化方法的實(shí)數(shù)編碼遺傳算法反演程序,運(yùn)用該程序?qū)ΧS空洞模